El agotamiento de los combustibles fósiles y la creciente preocupación por los problemas energéticos y ambientales han llevado a extensos esfuerzos de investigación para desarrollar fuentes de energía alternativas. La electrólisis electroquímica del agua se considera una estrategia prometedora para la producción de combustible de hidrógeno. Sin embargo, el craqueo de agua eficiente requiere electrocatalizadores eficientes y de larga duración que puedan acelerar la cinética de las reacciones de evolución de oxígeno (OER) y las reacciones de evolución de hidrógeno (HER). Los catalizadores que contienen metales nobles, tales como Pt y sus aleaciones, RuO2 e IrO2, son actualmente los catalizadores más eficaces para OER y HER. Sin embargo, el alto costo y la escasez de metales preciosos han obstaculizado su aplicación a gran escala y el desarrollo de tecnologías de energía renovable. Para superar estas limitaciones, se ha puesto un gran esfuerzo en el diseño y la síntesis de electrocatalizadores de metales no preciosos utilizando materiales abundantes en la Tierra como alternativas económicas a OER y OERHER. Óxidos de metales de transición, sulfuros, fosfatos, materiales de carbono, seleniuros y complejos metálicos mixtos han sido ampliamente estudiados y tienen buenas propiedades contra OER y HER. Sin embargo, la mayoría de estos electrocatalizadores requieren un sobrepotencial más alto que los catalizadores basados en metales preciosos, y la mejora de su estabilidad sigue siendo crítica. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar una estructura de electrodo alternativa eficiente y de bajo coste con alta actividad y estabilidad a largo plazo para lograr una división de agua eficiente.

En el campo de las aplicaciones electroquímicas, se utilizan dos estrategias principales para preparar los electrodos. La primera y más ampliamente utilizada técnica implica el uso de un catalizador en forma de polvo. Típicamente, los electrodos se construyen utilizando una suspensión de un material eléctricamente activo, un potenciador de la conductividad eléctrica y un aglutinante sobre un sustrato conductor. Sin embargo, este enfoque no está exento de inconvenientes. La principal desventaja es el requisito de un adhesivo eléctricamente aislante, que puede reducir el área de contacto entre el electrolito y el catalizador. Esto puede conducir al bloqueo del sitio catalítico activo, dando como resultado una alta resistencia y un rendimiento electrocatalítico reducido. Además, la estabilidad del electrodo es relativamente pobre, debido a que el catalizador unido tiende a desprenderse del sustrato conductor a alta densidad de corriente. La segunda estrategia principal para la preparación de electrodos es el uso de materiales a base de metales preciosos que se electrodepositan directamente sobre un sustrato conductor, tal como espuma de níquel, lámina de cobre, tela o papel de carbono, FTO, acero inoxidable y lámina de níquel. Sin embargo, este enfoque no está exento de limitaciones. Es difícil controlar con precisión el espacio accesible entre los materiales activos depositados, por lo que el rendimiento del electrodo se debilita a medida que aumenta el espesor de la película porque el sustrato no puede acceder al sitio activo catalítico en el interior. Además, la complejidad y el alto costo del método dificultan en gran medida su aplicación práctica. Por lo tanto, el desarrollo de técnicas de fabricación rentables para electrodos tridimensionales (3D) es necesario para aplicaciones electroquímicas exitosas.