journal article·2024-04

Review of acidic titanium-based oxygen evolution anode catalyst design: Mechanistic, compositional design, and research status

Chuanbin Li, Lin Tian, Xuetao Yuan, Honlin Jiang, Zhifang Hu, Yanxi Yin

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Abstract

Oxygen evolution reaction (OER) is a key half-reaction in fields including water electrolysis, organic synthesis, and water treatment. With the development of the industry, research into highly active and stable oxygen evolution anodes in an acidic environment is essential. DSA is the dimensionally stable anode. Widespread attention has been paid to titanium-based DSAs in the field of acidic oxygen precipitation due to their low overpotential and high acid resistance. The titanium-based anode mainly consists of two parts: catalyst and titanium substrate, where the design of the catalyst is the key to the anode design. The factors affecting the catalytic activity and durability of the titanium-based DSA were heterogeneous and rarely reported. In this paper, the influence of catalytic mechanism and composition design on the catalytic activity and service life of anode is reviewed from the perspective of the catalyst. Then, the current situation related to anode preparation is summarized, and an improvement strategy to enhance the activity and stability of anode is proposed based on the failure mode of titanium-based DSA.
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OpenAlex topics: Electrocatalysts for Energy Conversion · Fuel Cells and Related Materials · Advanced battery technologies research

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References (100+)

Show source-provided references
1. Zhang · Science · 2016 · 352 · 33310.1126/science.aaf1525 ↗
2. Kibsgaard · Nat. Energy · 2019 · 4 · 43010.1038/s41560-019-0407-1 ↗
3. Stamenkovic · Nat. Mater. · 2016 · 16 · 5710.1038/nmat4738 ↗
4. Shi · Nanoscale · 2020 · 12 · 1324910.1039/D0NR02410D ↗
5. Zeng · J. Energy Chem. · 2022 · 69 · 30110.1016/j.jechem.2022.01.025 ↗
6. Deshmukh · J. Ind. Eng. Chem. · 2023 · 119 · 9010.1016/j.jiec.2022.11.054 ↗
7. Danilovic · J. Phys. Chem. Lett. · 2014 · 5 · 247410.1021/jz501061n ↗
8. Godínez-Salomón · ACS Appl. Nano Mater. · 2022 · 5 · 1175210.1021/acsanm.2c02760 ↗
9. Spori · Angew. Chem. Int Ed. Engl. · 2017 · 56 · 599410.1002/anie.201608601 ↗
10. Moradi · J. Ind. Eng. Chem. · 2020 · 87 · 1810.1016/j.jiec.2020.03.038 ↗
11. Park · J. Ind. Eng. Chem. · 2022 · 109 · 45310.1016/j.jiec.2022.02.033 ↗
12. Siracusano · J. Power Sources · 2023 · 56510.1016/j.jpowsour.2023.232903 ↗
13. Krstić · Hydrometallurgy · 2019 · 185 · 7110.1016/j.hydromet.2019.01.018 ↗
14. Kim · J. Ind. Eng. Chem. · 2021 · 102 · 15510.1016/j.jiec.2021.07.004 ↗
15. Wang · J. Mater. Chem. A · 2021 · 9 · 1897410.1039/D1TA02745J ↗
16. Zhang · Hydrometallurgy · 2017 · 169 · 45610.1016/j.hydromet.2017.02.014 ↗
17. Kadakia · Int. J. Hydrog. Energy · 2014 · 39 · 66410.1016/j.ijhydene.2013.10.123 ↗
18. Cao · 2021 · 2021 · 1
19. Wu · Appl. Catal. A-Gen. · 2014 · 480 · 5810.1016/j.apcata.2014.04.035 ↗
20. Jiang · Electrochem Commun. · 2021 · 12310.1016/j.elecom.2020.106912 ↗
21. Beer · J. Electrochem Soc. · 1980 · 127 · 303C10.1149/1.2130021 ↗
22. Santos · Mater. Chem. Phys. · 2014 · 148 · 3910.1016/j.matchemphys.2014.07.007 ↗
23. Huang · Surf. Coat. Tech. · 2017 · 320 · 27010.1016/j.surfcoat.2017.01.005 ↗
24. Dong · Chemosphere · 2021 · 28510.1016/j.chemosphere.2021.131568 ↗
25. Xiong · ACS Appl. Nano Mater. · 2021 · 4 · 740410.1021/acsanm.1c01376 ↗
26. Zeng · J. Electro Chem. · 2012 · 677-680 · 13310.1016/j.jelechem.2012.05.008 ↗
27. Fabbri · ACS Catal. · 2018 · 8 · 976510.1021/acscatal.8b02712 ↗
28. Chen · Joule · 2021 · 5 · 170410.1016/j.joule.2021.05.005 ↗
29. Park · Chemosphere · 2021 · 26510.1016/j.chemosphere.2020.129166 ↗
30. Samarghandi · Chemosphere · 2021 · 27910.1016/j.chemosphere.2021.130640 ↗
31. Chen · Ceram. Int. · 2021 · 47 · 2535010.1016/j.ceramint.2021.05.257 ↗
32. Kaushik · EnergyChem · 2023
33. Du · J. Energy Chem. · 2022 · 75 · 26010.1016/j.jechem.2022.08.020 ↗
34. Song · Chem. Soc. Rev. · 2020 · 49 · 219610.1039/C9CS00607A ↗
35. Zhu · J. Am. Chem. Soc. · 2023 · 145 · 1799510.1021/jacs.3c05556 ↗
36. Li · Adv. Mater. · 2021 · 33
37. Lyu · Small · 2019 · 15
38. Gu · J. Catal. · 2020 · 388 · 13010.1016/j.jcat.2020.05.008 ↗
39. Wang · J. Energy Chem. · 2023 · 80 · 74410.1016/j.jechem.2023.02.004 ↗
40. An · Adv. Mater. · 2021 · 33
41. Rong · Acs Catal. · 2016 · 6 · 115310.1021/acscatal.5b02432 ↗
42. Grimaud · Nat. Chem. · 2017 · 9 · 45710.1038/nchem.2695 ↗
43. Tian · iScience · 2020 · 23
44. Exner · ChemElectroChem · 2020 · 8 · 4610.1002/celc.202001465 ↗
45. Wang · J. Ind. Eng. Chem. · 2023 · 118 · 7010.1016/j.jiec.2022.10.046 ↗
46. J.S. Yoo, X. Rong, Y. Liu, A.M. Kolpak, Acs Catal. (2018) acscatal.8b00612.10.1021/acscatal.8b00612 ↗
47. Zagalskaya · ACS Catal. · 2020 · 10 · 365010.1021/acscatal.9b05544 ↗
48. Kasian · Energ. Environ. Sci. · 2019 · 12 · 354810.1039/C9EE01872G ↗
49. Huang · Nat. Commun. · 2021 · 12 · 399210.1038/s41467-021-24182-w ↗
50. Liu · J. Mater. Chem. A. · 2020 · 8 · 1315010.1039/D0TA03411H ↗
51. Jia · Nanoscale · 2021 · 13 · 1112010.1039/D1NR02324A ↗
52. Huang · Nat. Energy · 2019 · 4 · 32910.1038/s41560-019-0355-9 ↗
53. Hao · Nat. Commun. · 2020 · 11 · 536810.1038/s41467-020-19212-y ↗
54. Wen · J. Am. Chem. Soc. · 2021 · 143 · 648210.1021/jacs.1c00384 ↗
55. Yang · Chem. Eng. J. · 2023 · 465
56. Shi · Joule · 2021 · 5 · 216410.1016/j.joule.2021.05.018 ↗
57. Wang · Adv. Mater. · 2022 · 34
58. Gao · Chem. Soc. Rev. · 2021 · 50 · 842810.1039/D0CS00962H ↗
59. An · Angew. Chem. Int. Ed. Engl. · 2023 · 62
60. Zeng · Adv. Energy Mater. · 2022 · 12
61. Hubert · ACS Catal. · 2020 · 10 · 1218210.1021/acscatal.0c02252 ↗
62. Kim · ACS Catal. · 2017 · 7 · 324510.1021/acscatal.6b03171 ↗
63. Liu · Adv. Mater. · 2021 · 33
64. Cherevko · ChemCatChem · 2014 · 6 · 221910.1002/cctc.201402194 ↗
65. An · Adv. Funct. Mater. · 2022 · 32
66. Wang · Angew. Chem. Int. Ed. Engl. · 2022 · 61
67. Chen · Sci. Adv. · 2021 · 7
68. Liu · Adv. Mater. · 2020 · 32
69. Chen · Electrochem Energy R. · 2021 · 4 · 56610.1007/s41918-021-00104-8 ↗
70. Jiang · Adv. Mater. · 2019 · 31
71. Wu · Nat. Catal. · 2019 · 2 · 76310.1038/s41929-019-0325-4 ↗
72. Chen · Angew. Chem. Int Ed. Engl. · 2018 · 57 · 1547110.1002/anie.201809220 ↗
73. Zhang · Nano Lett. · 2019 · 19 · 53010.1021/acs.nanolett.8b04466 ↗
74. Seitz · Science · 2016 · 353 · 101110.1126/science.aaf5050 ↗
75. Wang · Nat. Catal. · 2021 · 4 · 21210.1038/s41929-021-00578-1 ↗
76. Lin · Nat. Catal. · 2021 · 4 · 101210.1038/s41929-021-00703-0 ↗
77. Liu · Cell Rep. Phys. Sci. · 2020 · 1
78. Zhang · Nano Lett. · 2021 · 21 · 816610.1021/acs.nanolett.1c02623 ↗
79. Fabbri · Nat. Mater. · 2017 · 16 · 92510.1038/nmat4938 ↗
80. Zhang · Angew. Chem. Int. Ed. Engl. · 2019 · 58 · 457110.1002/anie.201814075 ↗
81. Bao · ACS Catal. · 2021 · 11 · 1053710.1021/acscatal.1c01190 ↗
82. Fuchs · Nat. Catal. · 2020 · 3 · 75410.1038/s41929-020-0497-y ↗
83. Zhang · Nat. Commun. · 2020 · 11 · 121510.1038/s41467-020-14917-6 ↗
84. Simondson · Angew. Chem. Int Ed. Engl. · 2021 · 60 · 1582110.1002/anie.202104123 ↗
85. Li · P Natl. Acad. Sci. USA · 2020 · 117 · 1618710.1073/pnas.2001529117 ↗
86. Chatti · Nat. Catal. · 2019 · 2 · 45710.1038/s41929-019-0277-8 ↗
87. Yang · J. Energy Chem. · 2022 · 66 · 61910.1016/j.jechem.2021.09.016 ↗
88. Qin · J. Energy Chem. · 2024 · 88 · 9410.1016/j.jechem.2023.09.010 ↗
89. Kang · J. Alloy Compd. · 2023 · 96510.1016/j.jallcom.2023.171318 ↗
90. Ma · Interdiscip. Mater. · 2023 · 2 · 53
91. Ai · J. Alloy Compd. · 2022 · 90210.1016/j.jallcom.2022.163787 ↗
92. Kim · J. Power Sources · 2021 · 50110.1016/j.jpowsour.2021.230002 ↗
93. Zheng · J. Power Sources · 2022 · 528
94. Zhang · J. Colloid Inter. Sci. · 2023 · 645 · 6610.1016/j.jcis.2023.04.086 ↗
95. Liu · Adv. Mater. · 2018 · 31 · 180676110.1002/adma.201806761 ↗
96. Li · Nat. Commun. · 2019 · 10 · 171110.1038/s41467-019-09666-0 ↗
97. Jin · Energ. Environ. Sci. · 2022 · 15 · 111910.1039/D1EE02636D ↗
98. Khan · Mater. Chem. Phys. · 2023 · 30810.1016/j.matchemphys.2023.128192 ↗
99. Oh · J. Am. Chem. Soc. · 2016 · 138 · 1255210.1021/jacs.6b07199 ↗
100. Yang · Nano Energy · 2016 · 25 · 4210.1016/j.nanoen.2016.04.035 ↗