A review of transition metal‐based bifunctional oxygen electrocatalysts

Journal of the Chinese Chemical Society - Tập 66 Số 8 - Trang 829-865 - 2019
Kassa Belay Ibrahim1, Meng‐Che Tsai2, Soressa Abera Chala2, Mulatu K. Berihun2, Amaha Woldu Kahsay2, Taame Abraha Berhe1, Wei‐Nien Su1, Bing‐Joe Hwang2,3
1Nano-Electrochemistry Laboratory, Graduate Institute of Applied Science and Technology National Taiwan University of Science and Technology Taipei Taiwan
2Nano-Electrochemistry Laboratory, Department of Chemical Engineering National Taiwan University of Science and Technology Taipei Taiwan
3National Synchrotron Radiation Research Center, Hsin-Chu, Taiwan

Tóm tắt

AbstractElectrochemical energy storage and conversion devices play a key role in the development of clean, sustainable, and efficient energy systems to meet the sustainable growth of our society. However, challenging issues including the sluggish kinetics of oxygen electrode reactions involving the oxygen reduction reaction (ORR) and the oxygen evolution reaction (OER) are present, limiting the implementation of devices such as metal‐air batteries, water electrolyzers, and regenerative fuel cells. In this review, various monometallic and bimetallic transition metal oxides (TMOs) and hydroxides are summarized in terms of their application for ORR/OER, in which the merits and demerits of various precious metal and carbon‐based metal oxide materials are discussed, with requirements for better electrocatalysts and catalyst support being introduced as well. Following this, different approaches to improve catalytic activity such as the introduction of doping and defects, the manipulation of crystal facets, and the engineering of supports, compositions, and morphologies are summarized in which TMOs with improved ORR/OER catalytic activities can be synthesized, further improving the speed, stability, and polarization of electrochemical energy storage and conversion devices. Finally, perspectives into the improvement of performance and the better understanding of ORR/OER mechanisms for bifunctional electrocatalysts using in situ spectroscopic techniques and density functional theory calculations are also discussed.

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