Abstract
Electrochemical water splitting using renewable energy sources has been recognized as a sustainable way to produce hydrogen energy due to the characteristics of low-carbon and no pollution. However, the slow hydrogen/oxygen evolution reactions (HER/OER) seriously hinder the practical application of large-scale water splitting. In this paper, the 0D Ni/Co-based hollow material is discussed in detail because of adjustable morphology, low mass density and abundant active sites, which provides an effective solution for improving the HER/OER reaction kinetics. The synthesis methods of hollow materials, such as hard template, soft template and self-template are introduced. Afterward, catalysts with different structural designs of hollow structures are reviewed, including hollow single-shelled structure, hollow core-shelled structure, hollow double-shelled structure and hollow multi-shelled structure (HoMS) catalysts. Wherein, the research progress of the 0D Ni/Co-based HoMS electrocatalysts in recent years and their prominent performances in water splitting are highlighted. Finally, the challenges and development prospects of designing Ni/Co-based HoMS catalysts in water splitting in the future are discussed.
Article PDF
Similar content being viewed by others
Avoid common mistakes on your manuscript.
References
Zhang G. W., Li Z. Y., Zeng J. R., Yu L., Zuo C. Y., Wen P., Liu Y., Zhong L. B., Chen H. T., Qiu Y. J., Appl. Catal. B, Environ., 2022, 319, 121921
Li R. W., Chen X. Y., Cao B. L., Ji R.Y., Deng Q. H., Qu J., Wang K. G., Zhu X. B., Chao Y., Chem. Eng. J., 2021, 409, 128240
Li P., Li W. Q., Huang Y. Q., Huang Q. H., Tian S., Small, 2023, 19, 2300725
Li J. C., Zhang C., Zhang C., Ma H. J., Guo Z. Q., Zhong C. L., Xu M., Wang X. J., Wang Y. Y., Ma H. X., Qiu J. S., Adv. Mater., 2022, 34, 2203900
Peng X., Xie S., Wang X., Pi C. R., Liu Z. T., Gao B., Hu L. S., Xiao W., Chu P. K., J. Mater. Chem. A., 2022, 10, 20761
Wang P., Luo Y. Z., Zhang G. X., Chen Z. S., Ranganathan H., Sun S. H., Shi Z. C., Nano-Micro. Lett., 2022, 14, 120
Chen J. W., Chen H. X., Yu T. W., Li R. C., Wang Y., Shao Z. P., Song S. Q., Electrochem. Energy Rev., 2021, 4, 566
Zhou Z., Pei Z. X., Wei L., Zhao S. L., Jian X., Chen Y., Energy Environ. Sci., 2020, 10, 3185
Zhou Q. X., Xu C. X., Hou J. G., Ma W. Q., Jian T. Z., Yan S. S., Liu H., Nano-Micro Lett., 2023, 15, 95
Liu Y., Xu S. J., Zheng X. Y., Lu Y. K., Li D., Jiang D. L., Colloid Interface Sci., 2022, 625, 457
Wang X., Huang H. G., Qian J. J., Li Y. W., Shen K., Appl. Catal. B, Environ., 2023, 325, 122295
Jiang S., Xiao T. Y., Xu C., Wang S. W., Peng H. Q., Zhang W. J., Liu B., Song Y. F., Small, 2023, 19, 2208027
Chen J. W., Chen H. X., Yu T. W., Li R. C., Wang Y., Shao Z. P., Song S. Q., Electrochem. Energy Rev., 2021, 4, 566
Zhang Z., Ma X. X., Tang J. L., J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 12361
Wu D. L., Liu B., Li R. D., Chen D., Zeng W. H., Zhao H. Y., Yao Y. T., Qin R., Yu J., Chen L., Zhang J. N., Li B., Mu S. C., Small, 2023, 19, 2300030
Jian J., Yuan L., Li H., Liu H. H., Zhang X. H., Sun X. J., Yuan H. M., Feng S. H., Chem. Res. Chinese Universities, 2019, 35(2), 179
Chen P. Z., Feng D. M., Li K. X., Tong Y., Dalton Trans., 2022, 51, 16990
You B., Tang M. T., Tsai C., Abild-Pedersen F., Zheng X. L., Li H., Adv. Mater., 2019, 31, 1807001
Wang J., Tran D. T., Chang K., Prabhakaran S., Kim D. H., Kim N. H., Lee J. H., Energy Environ. Mater., 2022, 6, e12526
Ahasan Habib M., Mandavkar R., Lin S., Burse S., Khalid T., Hasan Joni. M., Jeong J. H., Lee J., Chem. Eng. J., 2023, 462, 142177
Zhao T. W., Wang Y., Karuturi S., Catchpole K., Zhang Q., Zhao C., Carbon Energy, 2020, 2, 582
Zhang W. Y., Chao Y. G., Zhang W. S., Zhou J. H., Lv F., Wang K., Lin F. X., Luo H., Li J., Tong M. P., Adv. Mater., 2021, 33, 2102576
Baek J., Hossain M. D., Mukherjee P., Lee J., Winther K. T., Leem J., Jiang Y., Chueh W. C., Bajdich M., Zheng X., Nat. Commun., 2023, 14, 5936
Chen R. Z., Chen S. H., Wu W., Zhu Y., Zhong J., Cheng N. C., ACS Energy Lett., 2023, 8, 3504
Yang X., Cheng J., Li H., Xu Y., Tu W. F., Zhou J. H., Chem. Eng. J., 2023, 465, 142745
Wang C. R., Zhang L., Dou Y. H., Hencz L., Jiang L. X., AlMamun M., Liu P. R., Zhang S. Q., Wang D., Zhao H. J., Energy Technol., 2020, 8, 2000008
Jeon S. S., Kang P. W., Klingenhof M., Lee H., Dionigi F., Strasser P., ACS Catal., 2023, 13, 1186
Ni Y. M., Shi D., Mao B. G., Wang S. H., Wang Y., Ahmad A., Sun J. L., Song F., Cao M. H., Hu C. W., Small, 2023, 19, 2302556
Chanda D., Kwon H., Meshesha M. M., Gwon J. S., Ju M., Kim K., Yang B. L., Appl. Catal. B, Environ., 2024, 340, 123187
Li X., Kou Z. K., Xi S. B., Zang W. J., Yang T., Zhang L., Wang J. H., Nano Energy, 2020, 78, 105230
Huang W. H., Li X. M., Yang X. F., Zhang H. Y., Liu P. B., Ma Y. M., Lu X., Chem. Eng. J., 2021, 420, 127595
Zhang L., Rong J., Yang Y., Zhu H., Yu X., Chen C., Cheng H. M., Liu G., Small, 2023, 19, 2207472
Lyu C., Cheng J. R., Wang H. C., Yang Y. Q., Wu K. L., Song P., Lau W. M., Zheng J. L., Zhu X. X., Yang H. Y., Adv. Compos. Hybrid Mater., 2023, 6, 175
Xu D. X., Liu S. R., Zhang M. Y., Xu L. L., Gao H., Yao J., Small, 2023, 19, 2300201
Xie X. Q., Liu J., Gu C., Li J., Zhao Y., Liu C. S., J. Energy Chem., 2022, 64, 503
Jia H. Y., Wang H. Y., Yan F. F., Zhang H. C., Li Z., Wang J. J., Appl. Catal. B, Environ., 2023, 343, 123362
Gao X. R., Liu X. M., Zang W. J., Dong H. L., Pang Y. J., Kou Z. K., Wang P. Y., Pan Z. H., Wei S. R., Mu S. C., Wang J. H., Nano Energy, 2020, 78, 105355
Zhang K. K., Mai W. S., Li J., Li G. Q., Tian L. H., Hu W., ACS Appl. Nano Mater., 2019, 2, 5931.
Li P., Qiang F. F., Tan X. H., Li Z., Shi J., Liu S., Huang M. H., Chen J. W., Tian W. Q., Wu J. Y., Hu W., Wang H. L., Appl. Catal. B, Environ., 2024, 340, 123231
Zhang Z. J., Guo J. P., Sun S. H., Sun Q., Zhao Y. W., Zhang Y. F., Yu Z. Y., Li C. S., Sun Y., Zhang M. M., Jiang Y., Rare Met., 2023, 42, 3607.
Liu Q., Li M. Y., Shi Y. M., Liu C. B., Yu Y. F., Zhang B., Rare Met., 2021, 41, 836.
Chen M. X., Li H. J., Wu C. L., Liang Y. B., Qi J., Li J., Shangguan E., Zhang W., Cao R., Adv. Funct. Mater., 2022, 32, 2206407
Qi Y. X., Li T. T., Hu Y. J., Xiang J. H., Shao W. Q., Chen W. H., Mu X. Q., Liu S. L., Chen C. Y., Yu M., Mu S. C., Chem. Res. Chinese Universities, 2022, 38(5), 1282
Yang M., Zhang C. H., Li N. W., Luan D., Yu L., Lou X. W., Adv. Sci., 2022, 9, 2105135
Qi X. R., Liu Y., Ma L. L., Hou B. X., Zhang H. W., Li X. H., Wang Y. S., Hui Y. Q., Wang R. X., Bai C.Y., Liu H., Song J. J., Zhao X. X., Rare Met., 2022, 41, 1637
Zhao X. X., Wang J. Y., Yu R. B., Wang D., J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 17114
Zong L. B., Xu J., Jiang S. Y., Zhao K., Wang Z. M., Liu P. R., Zhao H. J., Chen J., Xing X. R., Yu R. B., Adv. Mater, 2016, 29, 1604377
Ma L. L., Hou B. X., Zhang H., Yuan S. T., Zhao B., Liu Y., Qi X. R., Liu H. Y., Zhang S. H., Song J. J., Zhao X. X., Chem. Eng. J., 2023, 453, 139735
Zhang H., Wang L., Ma L. L., Liu Y. H., Hou B. X., Shang N. Z., Zhang S. H., Song J. J., Chen S. Q., Zhao X. X., Adv. Sci., 2023, 2306168
Feng J. N., Shi C., Dong H. H., Zhang C. Y., Liu W. D., Liu Y., Wang T. Y., Zhao X. X., Chen S. Q., Song J. J., J. Energy Chem., 2023, 86, 135
Liu J. C., Ma L. L., Li S., Hou L. L., Qi X. R., Wen Y. Q., Hu G. P., Wang N., Zhao Y., Zhao X. X., Rare Met., 2023, 42, 3378
Ma L. L., Hou B. X., Shang N. Z., Zhang S. H., Wang C., Zong L. B., Song J. J., Wang J. Y., Zhao X. X., Mater. Chem. Front., 2021, 5, 4579
Fan C., Wu X. D., Li M., Wang X., Zhu Y., Fu G. T., Ma T. Y., Tang Y. W., Chem. Eng. J., 2022, 431, 133829
Ma L. L., Zhou X. M., Sun J., Zhang P., Hou B. X., Zhang S. H., Shang N. Z., Song J. J., Ye H. J., Shao H., Tang Y. F., Zhao X. X., J. Energy Chem., 2023, 82, 268
Du J., Chen D. X., Ding Y. X., Wang L. Q., Li F., Sun L. C., Small, 2023, 19, 2207611
Wang C., Shang H. Y., Li J., Wang Y., Xu H., Wang C. Y., Guo J., Du Y. K., Chem. Eng. J., 2021, 420, 129805
Zhang J., Hu L. P., Cao W., Dong Y. Y., Xia D. B., Lin K. F., Yang Y. L., Inorg. Chem., 2023, 62, 11690
Wang W., Zhang J., Lin K. F., Wang J. Q., Hu B. Y., Dong Y. Y., Xia D. B., Yang Y. L., J. Energy Chem., 2023, 86, 308
Yu L., Yang J. F., Guan B. Y., Lu Y., Lou X. W., Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 57, 172
Qian Q., Li Y. P., Liu Y., Zhang G. Q., Appl. Catal. B Environ., 2020, 266, 118642
Zhu Y. X., Zhang L., Zhang X., Li Z., Zha M., Li M., Hu G. Z., Chem. Eng. J., 2021, 405, 127002
Xia L. C., Bo L. L., Shi W. P., Zhang Y. N., Shen Y. X., Ji X. C., Guan X. L., Wang Y. X., Tong J. H., Chem. Eng. J., 2023, 452, 139250
Li J. M., Kang Y. M., Wei W. L., Li X., Lei Z. Q., Liu P., Chem. Eng. J., 2021, 407, 127961
Guo Y. N., Zhou X., Tang J., Tanaka S., Kaneti Y. V., Na J., Jiang B., Yamauchi Y., Bando Y., Sugahara Y., Nano Energy, 2020, 75, 104913
Ding X. D., Pei L. S., Huang Y. X., Chen D. Y., Xie Z. L., Small, 2022, 18, 2205547
Zhang Z. Q., Zhang Z., Chen X. B., Wang H. B., Lu H. Y., Shi Z., Feng S. H., CCS Chem., 2023, https://doi.org/10.31635/ccschem.023.202303256
Guo R. K., Shi W., Liu W. Z., Yang X., Xie Y., Yang T., Xiao J. F., Chem. Eng. J., 2022, 429, 132478
Li Y. Y., Guo H. R., Zhang Y., Zhang H. T., Zhao J. Y., Song R., J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 18989
Lu X. F., Zhang S. L., Sim W. L., Gao S. Y., Lou X. W., Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 22885
Luo J. H., Wang J., Guo Y., Zhu J. W., Jin H. H., Zhang Z. W., Zhang D. J., Niu Y. S., Hou S. G., Du J. M., He D. P., Xiong Y. L., Chen L., Mu S. C., Huang Y., Appl. Catal. B, Environ., 2022, 305, 121043
Liu Y., Lin Q., Chen X. C., Meng X. F., Hou B. X., Liu H. Y., Zhang S. H., Shang N. Z., Wang Z., Zhang C. Y., Song J. J., Zhao X. X., Energy Environ. Mater., 2023, 0, e12684
Song W. J., Teng X., Niu Y. L., Gong S. Q., He X. M., Chen Z. F., Chem. Eng. J., 2021, 409, 128227
Zhang K. F., Deng Y. Q., Wu Y. H., Wang L. L., Yan L. F., J. Colloid Interface Sci., 2023, 647, 246
Wen J.G. L., Li Y. W., Gao J. K., Chem. Res. Chinese Universities, 2020, 36(4), 662
Wang S., Huo W., Feng H., Xie Z., Shang J. K., Formo E. V., Camargo P. H. C., Fang F., Jiang J., Adv. Mater., 2023, 35, 2304494
Hou G. Y., Jia X., Kang H. J., Qiao X. S., Liu Y., Li Y., Wu X. H., Qin W., Appl. Catal. B, Environ., 2022, 315, 121551
Hu L. Y., Xiao R. S., Wang X., Wang X. X., Wang C. L., Wen J., Gu W. L., Zhu C. Z., Appl. Catal. B, Environ., 2021, 298, 120599
Niu Q., Yang M., Luan D., Li N. W., Yu L., Lou X. W., Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202213049
Kaneti Y. V., Guo Y., Septiani N. L. W., Iqbal M., Jiang X., Takei T., Yuliarto B., Alothman Z. A., Golberg D., Yamauchi Y., Chem. Eng. J., 2021, 405, 126580
Shen L., Yu L., Wu H. B., Yu X. Y., Zhang X., Lou X. W., Nat. Commun., 2015, 6, 6694
Chong B., Xia M. Y., Lv Y., Li H., Yan X. Q., Lin B., Yang G. D., Chem. Eng. J., 2023, 465, 142853
Wei Y. Z., Zhao D. C., Wan J. W., Wang D., Trends Chem., 2022, 4, 1021
Ding D. N., Shen K., Chen X. D., Chen H. R., Chen J. Y., Fan T., Wu R. F., Li Y. W., ACS Catal., 2018, 8, 7879
Li G. D., Tang Z. Y., Nanoscale, 2014, 6, 3995
Ramesh S. K., Ganesan V., Kim J., ACS Appl. Energy Mater., 2021, 4, 12998
Wang J. Y., Tang H. J., Wang H., Yu R. B., Wang D., Mater. Chem. Front., 2017, 1, 414
Xu W., Bi R. Y., Yang M., Wang J. Y., Yu R. B., Wang D., Nano Res., 2023, 16, 12745
Zhao J. L., Wang J. Y., Bi R., Yang M., Wang J. W., Jiang H. Y., Gu L., Wang D., Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 25719
Chang Z. H., Liu W. D., Feng J. N., Lin Z. H., Shi C., Wang T. Y., Lei Y. J., Zhao X. X., Song J. J., Wang G. X., Batteries Supercaps, 2023, e202300516
Zhao X. L., Yang M., Wang J. Y., Wang D., Chem. Res. Chinese Universities, 2023, 39(4), 630
Wang J. Y., Yang N. L., Tang H. J., Dong Z. H., Jin Q., Yang M., Kisailus D., Zhao H. J., Tang Z. Y., Wang D., Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 6417
Wang J. Y., Tang H. J., Zhang Y. J., Ren H., Yu R. B., Jin Q., Qi J., Mao D., Yang M., Wang Y., Liu P. R., Zhang Y., Wen Y. R., Gu L., Ma G. H., Su Z. G., Tang Z. Y., Zhao H. J., Wang D., Nat. Energy, 2016, 1, 16050
Zhao X. L., Yang M., Wang J. Y., Wang D., Chem. Res. Chinese Universities, 2023, 39(4), 630
Dong Z., Ren H., Hessel C. M., Wang J. Y., Yu R. B., Jin Q., Yang M., Hu Z. D., Chen Y. F., Tang Z. Y., Zhao H. J., Wang D., Adv. Mater., 2013, 26, 905
Wei Y., Wang J., Yu R., Wan J., Wang D., Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 1422
Wang W., Zhang J., Lin K. F., Wang J. Q., Zhang X. R., Hu B. Y., Dong Y. Y., Xia D. B., Yang Y. L., Adv. Mater., 2023, 35, 2306140
Hu B. Y., Zhang J., Yang Y. L., Dong Y. Y., Wang J. W. Q., Wang W., Lin K. F., Xia D. B., Fan R. Q., Nano Energy, 2023, 118, 109022
Han W. S., Wang Y. L., Wan J. W., Wang D., Chem. Res. Chinese Universities, 2022, 38(1), 117
Wang C., Wang J. Y., Hu W. P., Wang D., Chem. Res. Chinese Universities, 2019, 36(1), 68
Zhao D. C., Wei Y. Z., Xiong J., Gao C. S., Wang D., Adv. Funct. Mater., 2023, 33, 2300681
Zhao D. C., Yang N. L., Wei Y., Jin Q., Wang Y. L., He H. Y., Yang Y., Han B., Zhang S. J., Wang D., Nat. Commun., 2020, 11, 4450
Yuan M. W., Shi S. L., Luo Y. P., Yu Y., Wang S. H., Chen C., Chem. Res. Chinese Universities, 2022, 38(4), 999
Wang L., Wan J. W., Zhao Y. S., Yang N. L., Wang D., J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 2238
Wang H., Yang N. L., Cui W., Wang J. Y., Li Q. H., Zhang Q. H., Yu X. Q., Gu L., Li J., Yu R. B., Huang K. K., Song S. Y., Feng S. H., Wang D., Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 19691
Wang H., Mao D., Qi J., Zhang Q. H., Ma X. H., Song S. Y., Gu L., Yu R. B., Wang D., Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1806588
Hou P., Li D., Wan J. W., Zhang C. H., Zhang X. Q., Jiang H. Y., Zhang Q. H., Gu L., Wang D., Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 6926
Ganesan V., Kim J., Int. J. Hydrogen Energy, 2020, 45, 13290
Peng S. J., Gong F., Li L. L., Yu D. S., Ji D. X., Zhang T., Hu Z., Zhang Z. Q., Chou S. L., Du Y. H., Ramakrishna S., J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 13644
Li B., Wang J. Y., Bi R. Y., Yang N. L., Wan J. W., Jiang H. Y., Gu L., Du J., Cao A. M., Gao W., Wang D., Adv. Mater., 2022, 34, 2200206
Huang T. Y., Yang M., Wang J. Y., Zhang S. J., Du J., Wang D., Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(1), 20220263
Zhang H., Wu Y. Q., Wang X. D., Li C. P., Xiao Z. Y., Liu Y. R., Deng Y., Li Z. J., Wang L., Chem. Eng. J., 2023, 463, 142448.
Du Y. M., Zhang M. J., Wang Z. C., Liu Y. R., Liu Y. J., Geng Y. L., Wang L., J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 8602
Acknowledgements
This work was supported by the Talent Introduction Program of Hebei Agricultural University (No. YJ201810), the Youth Top-notch Talent Foundation of Hebei Provincial Universities, China (No. BJK2022023), the National Natural Science Foundation of China (NSFC) (No. 22105059), the Natural Science Foundation of Hebei Province, China (No. B2023204006), and the talent training project of Hebei Province, China (No. A201901046).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Ethics declarations
The authors declare no conflicts of interest.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Ge, W., Chen, X., Ma, R. et al. Recent Advances in 0D Ni/Co-based Hollow Electrocatalysts for Electrochemical Water Splitting. Chem. Res. Chin. Univ. 40, 437–450 (2024). https://doi.org/10.1007/s40242-024-3278-3
Received:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s40242-024-3278-3