Síntesis controlada por fase y composición de nanoesferas huecas de sulfuro de cobalto para la división electrocatalítica del agua – Nanoscale (RSC Publishing)

Desarrollar electrocatalizadores baratos, altamente eficientes y estables para las reacciones de evolución de oxígeno e hidrógeno (OER y HER) es extremadamente significativo para realizar la implementación a gran escala de la tecnología de división del agua. En este trabajo se presenta la síntesis controlada por fase y composición de nanoesferas huecas (HNSs) de sulfuro de cobalto (CoSx) y sus eficiencias catalíticas para reacciones de evolución de hidrógeno y oxígeno en medios alcalinos. Se sintetizaron con precisión tres compuestos de CoSx, es decir, las HNSs de Co9S8, Co3S4 y CoS2, simplemente ajustando la relación molar entre el disulfuro de carbono y el acetato de cobalto mediante una estrategia basada en una solución fácil. Los resultados electroquímicos revelan que las HNSs de CoS2 preparadas exhiben un rendimiento catalítico OER y HER superior al de las HNSs de Co9S8 y Co3S4 en 1,0 M KOH, con sobrepotenciales de 290 mV para la OER y 193 mV para la HER a 10 mA cm-2, y las correspondientes pendientes de Tafel de 57 y 100 mV dec-1, respectivamente. Además, los HNSs de CoS2 presentan una notable durabilidad catalítica a largo plazo, que es incluso superior a los catalizadores de metales preciosos de RuO2 y Pt/C. Además, un electrolizador alcalino ensamblado con HNSs de CoS2 como materiales de ánodo y cátodo puede alcanzar 10 mA cm-2 a un bajo voltaje de célula de 1,54 V a 60 °C con una eficiencia faradica del 100% para la división global del agua. Otros análisis demuestran que la morfología de la superficie, la estructura cristalográfica y el entorno de coordinación de los sitios activos de Con+, en combinación, determinan las actividades HER/OER en la serie binaria de CoSx sintetizada, lo que proporcionaría una visión sobre el diseño racional de los calcogenuros de metales de transición para una electrocatálisis altamente eficiente implicada en el hidrógeno y el oxígeno.