Although sunlight-driven water splitting is a promising route to sustainable hydrogen fuel production, widespread implementation is hampered by the expense of the necessary photovoltaic and photoelectrochemical apparatus. Here, we describe a highly efficient and low-cost water-splitting cell combining a state-of-the-art solution-processed perovskite tandem solar cell and a bifunctional Earth-abundant catalyst. The catalyst electrode, a NiFe layered double hydroxide, exhibits high activity toward both the oxygen and hydrogen evolution reactions in alkaline electrolyte. The combination of the two yields a water-splitting photocurrent density of around 10 milliamperes per square centimeter, corresponding to a solar-to-hydrogen efficiency of 12.3%. Currently, the perovskite instability limits the cell lifetime.

Abstract The ever‐growing demands for electrical energy storage have stimulated the pursuit of alternative advanced batteries. Zn‐ion batteries (ZIBs) are receiving increased attentions due to the low cost, high safety, and high eco‐efficiency. However, it is still a big challenge to develop suitable cathode materials for intercalation of Zn ions. This review provides a timely access for researchers to the recent activities regarding ZIBs. First, cathode materials including various manganese oxides, vanadium compounds, and Prussian blue analogs are summarized with details in crystal structures and Zn ion storage mechanisms. Then, the electrolytes and their influences on the electrochemical processes are discussed. Finally, opinions on the current challenge of ZIBs and perspective to future research directions are provided.

Sodium-ion batteries are a potentially low-cost and safe alternative to the prevailing lithium-ion battery technology. However, it is a great challenge to achieve fast charging and high power density for most sodium-ion electrodes because of the sluggish sodiation kinetics. Here we demonstrate a high-capacity and high-rate sodium-ion anode based on ultrathin layered tin(II) sulfide nanostructures, in which a maximized extrinsic pseudocapacitance contribution is identified and verified by kinetics analysis. The graphene foam supported tin(II) sulfide nanoarray anode delivers a high reversible capacity of ∼1,100 mAh g(-1) at 30 mA g(-1) and ∼420 mAh g(-1) at 30 A g(-1), which even outperforms its lithium-ion storage performance. The surface-dominated redox reaction rendered by our tailored ultrathin tin(II) sulfide nanostructures may also work in other layered materials for high-performance sodium-ion storage.

A smart hybrid nanowire array consisting of Co3O4 porous nanowire core and a MnO2 ultrathin nanosheet shell is fabricated using a general 3D interfacial carbon-assisted hydrothermal method. The array exhibits a high capacitance with good cycle performance and remarkable rate capability that is ranging among the best reported to date for hybrid metal oxide systems in the absence of a conducting matrix. Detailed facts of importance to specialist readers are published as ”Supporting Information”. Such documents are peer-reviewed, but not copy-edited or typeset. They are made available as submitted by the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

High‐performance electrode materials are the key to advances in the areas of energy conversion and storage (e.g., fuel cells and batteries). In this Review, recent progress in the synthesis and electrochemical application of transition metal carbides (TMCs) and nitrides (TMNs) for energy storage and conversion is summarized. Their electrochemical properties in Li‐ion and Na‐ion batteries as well as in supercapacitors, and electrocatalytic reactions (oxygen evolution and reduction reactions, and hydrogen evolution reaction) are discussed in association with their crystal structure/morphology/composition. Advantages and benefits of nanostructuring (e.g., 2D MXenes) are highlighted. Prospects of future research trends in rational design of high‐performance TMCs and TMNs electrodes are provided at the end.

The high performance of a pseudocapacitor electrode relies largely on a scrupulous design of nanoarchitectures and smart hybridization of bespoke active materials. We present a powerful two-step solution-based method for the fabrication of transition metal oxide core/shell nanostructure arrays on various conductive substrates. Demonstrated examples include Co3O4 or ZnO nanowire core and NiO nanoflake shells with a hierarchical and porous morphology. The "oriented attachment" and "self-assembly" crystal growth mechanisms are proposed to explain the formation of the NiO nanoflake shell. Supercapacitor electrodes based on the Co3O4/NiO nanowire arrays on 3D macroporous nickel foam are thoroughly characterized. The electrodes exhibit a high specific capacitance of 853 F/g at 2 A/g after 6000 cycles and an excellent cycling stability, owing to the unique porous core/shell nanowire array architecture, and a rational combination of two electrochemically active materials. Our growth approach offers a new technique for the design and synthesis of transition metal oxide or hydroxide hierarchical nanoarrays that are promising for electrochemical energy storage, catalysis, and gas sensing applications.

Exceptionally high OER & HER performances were achieved by rationally designing the electrode structure of non-noble NiFe materials.

Fe3O4 has long been regarded as a promising anode material for lithium ion battery due to its high theoretical capacity, earth abundance, low cost, and nontoxic properties. However, up to now no effective and scalable method has been realized to overcome the bottleneck of poor cyclability and low rate capability. In this article, we report a bottom-up strategy assisted by atomic layer deposition to graft bicontinuous mesoporous nanostructure Fe3O4 onto three-dimensional graphene foams and directly use the composite as the lithium ion battery anode. This electrode exhibits high reversible capacity and fast charging and discharging capability. A high capacity of 785 mAh/g is achieved at 1C rate and is maintained without decay up to 500 cycles. Moreover, the rate of up to 60C is also demonstrated, rendering a fast discharge potential. To our knowledge, this is the best reported rate performance for Fe3O4 in lithium ion battery to date.

Electrochemical splitting of water to produce hydrogen and oxygen is an important process for many energy storage and conversion devices. Developing efficient, durable, low-cost, and earth-abundant electrocatalysts for the oxygen evolution reaction (OER) is of great urgency. To achieve the rapid synthesis of transition-metal nitride nanostructures and improve their electrocatalytic performance, a new strategy has been developed to convert cobalt oxide precursors into cobalt nitride nanowires through N2 radio frequency plasma treatment. This method requires significantly shorter reaction times (about 1 min) at room temperature compared to conventional high-temperature NH3 annealing which requires a few hours. The plasma treatment significantly enhances the OER activity, as evidenced by a low overpotential of 290 mV to reach a current density of 10 mA cm(-2) , a small Tafel slope, and long-term durability in an alkaline electrolyte.