Synthèse contrôlée par phase et composition de nanosphères creuses de sulfure de cobalt pour la séparation électrocatalytique de l’eau – Nanoscale (RSC Publishing)

Développer des électrocatalyseurs bon marché, hautement efficaces et stables pour les réactions d’évolution de l’oxygène et de l’hydrogène (OER et HER) est extrêmement significatif pour réaliser une mise en œuvre à grande échelle de la technologie de séparation de l’eau. Nous rapportons ici la synthèse contrôlée par la phase et la composition de nanosphères creuses (HNS) de sulfure de cobalt (CoSx) et leurs efficacités catalytiques pour les réactions de dégagement d’hydrogène et d’oxygène en milieu alcalin. Trois composés CoSx, c’est-à-dire Co9S8, Co3S4, et CoS2 HNSs, ont été précisément synthétisés en ajustant simplement le rapport molaire du disulfure de carbone à l’acétate de cobalt en utilisant une stratégie facile basée sur une solution. Les résultats électrochimiques révèlent que les HNSs CoS2 ainsi préparés présentent des performances catalytiques OER et HER supérieures à celles des HNSs Co9S8 et Co3S4 dans du KOH 1,0 M, avec des surtensions de 290 mV pour l’OER et 193 mV pour l’HER à 10 mA cm-2, et des pentes de Tafel correspondantes de 57 et 100 mV dec-1, respectivement. De plus, les HNS CoS2 présentent une remarquable durabilité catalytique à long terme, qui est même supérieure à celle des catalyseurs à base de métaux précieux RuO2 et Pt/C. De plus, un électrolyseur alcalin assemblé en utilisant des HNS CoS2 comme matériaux d’anode et de cathode peut atteindre 10 mA cm-2 à une faible tension de cellule de 1,54 V à 60 °C avec une efficacité faradique de 100 % pour la séparation globale de l’eau. Une analyse plus approfondie démontre que la morphologie de surface, la structure cristallographique et l’environnement de coordination des sites actifs Con+ en combinaison déterminent les activités HER/OER dans la série CoSx binaire synthétisée, ce qui donnerait un aperçu de la conception rationnelle des chalcogénures de métaux de transition pour une électrocatalyse hautement efficace impliquant l’hydrogène et l’oxygène.