Abstract Designing highly efficient electrocatalysts for oxygen evolution reaction (OER) plays a key role in the development of various renewable energy storage and conversion devices. In this work, we developed metallic Co 4 N porous nanowire arrays directly grown on flexible substrates as highly active OER electrocatalysts for the first time. Benefiting from the collaborative advantages of metallic character, 1D porous nanowire arrays, and unique 3D electrode configuration, surface oxidation activated Co 4 N porous nanowire arrays/carbon cloth achieved an extremely small overpotential of 257 mV at a current density of 10 mA cm −2 , and a low Tafel slope of 44 mV dec −1 in an alkaline medium, which is the best OER performance among reported Co‐based electrocatalysts to date. Moreover, in‐depth mechanistic investigations demonstrate the active phases are the metallic Co 4 N core inside with a thin cobalt oxides/hydroxides shell during the OER process. Our finding introduces a new concept to explore the design of high‐efficiency OER electrocatalysts.

Flexible and degradable pressure sensors have received tremendous attention for potential use in transient electronic skins, flexible displays, and intelligent robotics due to their portability, real-time sensing performance, flexibility, and decreased electronic waste and environmental impact. However, it remains a critical challenge to simultaneously achieve a high sensitivity, broad sensing range (up to 30 kPa), fast response, long-term durability, and robust environmental degradability to achieve full-scale biomonitoring and decreased electronic waste. MXenes, which are two-dimensional layered structures with a large specific surface area and high conductivity, are widely employed in electrochemical energy devices. Here, we present a highly sensitive, flexible, and degradable pressure sensor fabricated by sandwiching porous MXene-impregnated tissue paper between a biodegradable polylactic acid (PLA) thin sheet and an interdigitated electrode-coated PLA thin sheet. The flexible pressure sensor exhibits high sensitivity with a low detection limit (10.2 Pa), broad range (up to 30 kPa), fast response (11 ms), low power consumption (10–8 W), great reproducibility over 10 000 cycles, and excellent degradability. It can also be used to predict the potential health status of patients and act as an electronic skin (E-skin) for mapping tactile stimuli, suggesting potential in personal healthcare monitoring, clinical diagnosis, and next-generation artificial skins.

Seeking earth-abundant electrocatalysts with high efficiency and durability has become the frontier of energy conversion research. Mixed-transition-metal (MTM)-based electrocatalysts, owing to the desirable electrical conductivity, synergistic effect of bimetal atoms, and structural stability, have recently emerged as new-generation hydrogen evolution reaction (HER) electrocatalysts. However, the correlation between anion species and their intrinsic electrocatalytic properties in MTM-based electrocatalysts is still not well understood. Here we present a novel approach to tuning the anion-dependent electrocatalytic characteristics in MTM-based catalyst for HER, using holey Ni/Co-based phosphides/selenides/oxides (Ni-Co-A, A = P, Se, O) as the model materials. The electrochemical results, combined with the electrical conductivity measurement and DFT calculation, reveal that P substitution could modulate the electron configuration, lower the hydrogen adsorption energy, and facilitate the desorption of hydrogen on the active sites in Ni-Co-A holey nanostructures, resulting in superior HER catalytic activity. Accordingly we fabricate the NCP holey nanosheet electrocatalyst for HER with an ultralow onset overpotential of nearly zero, an overpotential of 58 mV, and long-term durability, along with an applied potential of 1.56 V to boost overall water splitting at 10 mA cm-2, among the best electrocatalysts reported for non-noble-metal catalysts to date. This work not only presents a deeper understanding of the intrinsic HER electrocatalytic properties for MTM-based electrocatalyst with various anion species but also offers new insights to better design efficient and durable water-splitting electrocatalysts.

Synthetic nitrogen fertilizer such as urea has been key to increasing crop productivity and feeding a growing population. However, the conventional urea production relies on energy-intensive processes, consuming approximately 2% of annual global energy. Here, we report on a more-sustainable electrocatalytic approach that allows for direct and selective synthesis of urea from nitrate and carbon dioxide with an indium hydroxide catalyst at ambient conditions. Remarkably, Faradaic efficiency, nitrogen selectivity and carbon selectivity reach 53.4%, 82.9% and ~100%, respectively. The engineered surface semiconducting behaviour of the catalyst is found to suppress hydrogen evolution reaction. The key step of C–N coupling initiates through the reaction between *NO2 and *CO2 intermediates owing to the low energy barrier on {100} facets. This work suggests an appealing route of urea production and provides deep insight into the underlying chemistry of C–N coupling reaction that could guide sustainable synthesis of other indispensable chemicals. Urea is one the most-used synthetic nitrogen fertilizers that have been key to feeding a growing population. However, its production is energy intensive. Here, the authors show an electrocatalytic approach that allows for selective urea synthesis from nitrate and carbon dioxide at ambient conditions.

Isolated Fe sites achieve enhanced intrinsic activity for nitrate electroreduction to ammonia with ∼100% selectivity, which effectively inhibit water dissociation through a nitrate-preoccupation mechanism.

Abstract 2D nanomaterials provide numerous fascinating properties, such as abundant active surfaces and open ion diffusion channels, which enable fast transport and storage of lithium ions and beyond. However, decreased active surfaces, prolonged ion transport pathway, and sluggish ion transport kinetics caused by self‐restacking of 2D nanomaterials during electrode assembly remain a major challenge to build high‐performance energy storage devices with simultaneously maximized energy and power density as well as long cycle life. To address the above challenge, porosity (or hole) engineering in 2D nanomaterials has become a promising strategy to enable porous 2D nanomaterials with synergetic features combining both 2D nanomaterials and porous architectures. Herein, recent important progress on porous/holey 2D nanomaterials for electrochemical energy storage is reviewed, starting with the introduction of synthetic strategies of porous/holey 2D nanomaterials, followed by critical discussion of design rule and their advantageous features. Thereafter, representative work on porous/holey 2D nanomaterials for electrochemical capacitors, lithium‐ion and sodium‐ion batteries, and other emerging battery technologies (lithium‐sulfur and metal‐air batteries) are presented. The article concludes with perspectives on the future directions for porous/holey 2D nanomaterial in energy storage and conversion applications.

Catalysts for oxygen evolution reaction (OER) are pivotal to the scalable storage of sustainable energy by means of converting water to oxygen and hydrogen fuel. Designing efficient electrocatalysis combining the features of excellent electrical conductivity, abundant active surface, and structural stability remains a critical challenge. Here, we report the rational design and controlled synthesis of metallic transition metal selenide NiCo2Se4-based holey nanosheets as a highly efficient and robust OER electrocatalyst. Benefiting from synergistic effects of metallic nature, heteroatom doping, and holey nanoarchitecture, NiCo2Se4 holey nanosheets exhibit greatly enhanced kinetics and improved cycling stability for OER. When further employed as an alkaline electrolyzer, the NiCo2Se4 holey nanosheet electrocatalyst enables a high-performing overall water splitting with a low applied external potential of 1.68 V at 10 mA cm–2. This work not only represents a promising strategy to design the efficient and robust OER catalysts but also provides fundamental insights into the structure−property−performance relationship of transition metal selenide-based electrocatalytic materials.

Abstract Designing highly efficient electrocatalysts for oxygen evolution reaction (OER) plays a key role in the development of various renewable energy storage and conversion devices. In this work, we developed metallic Co 4 N porous nanowire arrays directly grown on flexible substrates as highly active OER electrocatalysts for the first time. Benefiting from the collaborative advantages of metallic character, 1D porous nanowire arrays, and unique 3D electrode configuration, surface oxidation activated Co 4 N porous nanowire arrays/carbon cloth achieved an extremely small overpotential of 257 mV at a current density of 10 mA cm −2 , and a low Tafel slope of 44 mV dec −1 in an alkaline medium, which is the best OER performance among reported Co‐based electrocatalysts to date. Moreover, in‐depth mechanistic investigations demonstrate the active phases are the metallic Co 4 N core inside with a thin cobalt oxides/hydroxides shell during the OER process. Our finding introduces a new concept to explore the design of high‐efficiency OER electrocatalysts.

Metallic cobalt nitrides arising from electron delocalization modulation have been proven to be highly efficient OER electrocatalysts.