| Description nl | Met de industriële en economische ontwikkeling is het wereldwijde energieverbruik snel toegenomen. Het grote verbruik van fossiele brandstoffen veroorzaakt een reeks problemen voor de duurzame ontwikkeling van onze mensheid. De belangrijkste daarvan is de energiecrisis. Momenteel zijn fossiele brandstoffen nog steeds de belangrijkste energievoorziening van de menselijke samenleving. Het wereldwijde verbruik van fossiele brandstoffen neemt toe en nieuwe reserves worden steeds moeilijker te vinden. De fossiele brandstofvoorraden op aarde zijn eindig en zullen in de nabije toekomst uitgeput raken. Ten tweede dreigen milieuproblemen, zoals opwarming van de aarde en luchtverontreiniging, het leven van mensen en andere levensvormen op aarde in gevaar te brengen. Daarom is het zowel essentieel als urgent om alternatieve schone en hernieuwbare energiebronnen te ontwikkelen, zoals zonne-, wind- en biomassa-energiebronnen. Deze energiebronnen zijn echter onderbroken beschikbaar vanwege regionale of seizoensfactoren. Het omzetten van deze energieën in elektrische energie en het opslaan van de overtollige elektrische energie in de vorm van chemische bindingen (zoals H2) door elektrochemische watersplitsing wordt beschouwd als een veelbelovende strategie voor het optimale gebruik van deze energieën.Waterstof is een goede energiedrager vanwege zijn hoge energiedichtheid per gewicht (kWh kg-1) en nul koolstofemissie, die kan reageren met zuurstof om water te produceren en de opgeslagen energie vrijgeeft. Elektrochemische watersplitsing wordt beschouwd als een goede strategie voor het genereren van waterstof. Het is samengesteld uit twee halfcelreacties, de waterstofevolutiereacties (HER) aan de kathode om waterstof te produceren en zuurstofevolutiereactie (OER) aan de anode om zuurstof te produceren. De OER vertoont echter een trage kinetiek als gevolg van het overdrachtsproces van vier elektronen en vereist edelmetalen als katalysatoren om efficiënte energieopslagapparaten te bouwen. Momenteel zijn de state-of-the-art OER-elektrokatalysatoren de Ru- of Ir-oxiden / gemengde oxiden in zure media, die schaars en duur zijn en dus hun grootschalige toepassingen ernstig beperken. Daarom is het zeer wenselijk en uitdagend om alternatieve elektrokatalysatoren te ontwikkelen met lage kosten, overvloedige aarde, hoge activiteit en hoge stabiliteit.Niet-edele materialen op basis van overgangsmetalen met veranderlijke toestanden van meerdere valenties, lage kosten en overvloed aan aarde zijn veelbelovende kandidaten voor de OER-elektrokatalyse. In de afgelopen jaren zijn aanzienlijke inspanningen geleverd om een verscheidenheid aan op overgangsmetaal gebaseerde materialen te ontwikkelen om de elektrokatalytische activiteit van OER in alkalische media te versterken. Enerzijds waren de meeste onderzoekswerken gericht op de synthese van verschillende op overgangsmetaal gebaseerde materialen met diverse nanostructuren om de OER-prestaties te verbeteren, wat geen efficiënte strategie is om zeer actieve elektrokatalysator te doorzoeken. Aan de andere kant werden de experimentele en theoretische simulaties gebruikt om het OER-proces te onderzoeken om de actieve site verder te identificeren en te begrijpen hoe de materialen functioneren. Het blijkt dat de elektronische structuur van de metaalsites een belangrijke rol speelt in het OER-proces. Op basis van bovenstaande kennis zijn verschillende strategieën ontwikkeld om de elektrokatalytische activiteiten van OER te bevorderen. Ondanks de aanzienlijke vooruitgang die is geboekt, is het nog steeds een grote uitdaging en urgent om elektrokatalysatoren te ontwikkelen met de juiste elektronische structuren om uitstekende elektrokatalytische prestaties te bereiken.
|
|---|
| Description en | With industrial and economic development, global energy consumption has increased rapidly. A large amount of fossil fuel consumption causes a series of problems for the sustainable development of our humanity. First and foremost among them is the energy crisis. Currently, fossil fuels are still the main energy supply of human society. Global fossil fuel consumption is on the rise, and new reserves are becoming harder to find. The fossil fuel reserves on earth are finite and will be depleted in the near future. Second, environmental problems, such as global warming and air pollution are threatening to endanger the lives of human beings and other life forms on earth. As a result, it is both essential and urgent to develop alternative clean and renewable energy sources, such as solar, wind, and biomass energies. However, these energy sources suffer from intermittent availability because of regional or seasonal factors. Converting these energies into electrical energy and storing the excess electrical energy in the form of chemical bonds (like H2) by electrochemical water splitting has been regarded as a promising strategy for the optimal use of these energies.Hydrogen is a good energy carrier due to its high energy density on a per weight basis (kWh kg-1) and zero carbon emission, which can react with oxygen to produce water and releases the stored energy. Electrochemical water splitting has been considered as a good strategy for the generation of hydrogen. Its composed of two half-cell reactions, the hydrogen evolution reactions (HER) at the cathode to produce hydrogen and oxygen evolution reaction (OER) at the anode to produce oxygen. However, the OER exhibits sluggish kinetics due to the four-electron transfer process and require noble metals as catalysts to construct efficient energy storage devices. Currently, the state-of-the-art OER electrocatalysts are the Ru or Ir oxides/mixed oxides in acid media, which are scarce and costly thus severely limit their large-scale applications. Therefore, it is highly desirable and challenging to develop alternative electrocatalysts with low-cost, earth-abundant, high activity, and high stability.Non-noble transition metal-based materials with changeable multi-valence states, low-cost, and earth-abundance are promising candidates for the OER electrocatalysis. In the past years, substantial efforts have been devoted to developing a variety of transition metal based-materials to boost the OER electrocatalytic activity in alkaline media. On the one hand, most of the research works were focused on the synthesis of various transition metal based-materials with diverse nanostructures to improve OER performance, which is not an efficient strategy to peruse highly active electrocatalyst. On the other hand, the experimental and theoretical simulations were employed to investigate the OER process to further identifying the active site and understanding how the materials function. It is found that the electronic structure of the metal sites plays a significant role in the OER process. Based on the above understanding, various strategies have been developed to promote the electrocatalytic activities of OER. Despite the significant progress achieved, it is still highly challenging and urgent to develop electrocatalysts with proper electronic structures for achieving outstanding electrocatalytic performance.
|
|---|
