Electrocatalytic Hydrogen Oxidation in Alkaline Media: From Mechanistic Insights to Catalyst Design

催化作用 双功能 电解质 贵金属 化学 铂金 阳极 纳米技术 材料科学 无机化学 化学工程 电极 物理化学 有机化学 工程类
作者
Ze‐Cheng Yao,Tang Tang,Zhe Jiang,Lu Wang,Jin‐Song Hu,Li‐Jun Wan
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (4): 5153-5183 被引量:135
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c00641
摘要

With the potential to circumvent the need for scarce and cost-prohibitive platinum-based catalysts in proton-exchange membrane fuel cells, anion-exchange membrane fuel cells (AEMFCs) are emerging as alternative technologies with zero carbon emission. Numerous noble metal-free catalysts have been developed with excellent catalytic performance for cathodic oxygen reduction reaction in AEMFCs. However, the anodic catalysts for hydrogen oxidation reaction (HOR) still rely on noble metal materials. Since the kinetics of HOR in alkaline media is 2-3 orders of magnitude lower than that in acidic media, it is a major challenge to either improve the performance of noble metal catalysts or to develop high-performance noble metal-free catalysts. Additionally, the mechanisms of alkaline HOR are not yet clear and still under debate, further hampering the design of electrocatalysts. Against this backdrop, this review starts with the prevailing theories for alkaline HOR on the basis of diverse activity descriptors, i.e., hydrogen binding energy theory and bifunctional theory. The design principles and recent advances of HOR catalysts employing the aforementioned theories are then summarized. Next, the strategies and recent progress in improving the antioxidation capability of HOR catalysts, a thorny issue which has not received sufficient attention, are discussed. Moreover, the significance of correlating computational models with real catalyst structure and the electrode/electrolyte interface is further emphasized. Lastly, the remaining controversies about the alkaline HOR mechanisms as well as the challenges and possible research directions in this field are presented.
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