Fázis- és összetételvezérelt kobalt-szulfid üreges nanogömbök szintézise elektrokatalitikus vízbontáshoz – Nanoscale (RSC Publishing)

A vízbontási technológia nagyléptékű megvalósításához rendkívül fontos az olcsó, nagy hatékonyságú és stabil elektrokatalizátorok kifejlesztése mind az oxigén-, mind a hidrogénfejlődési reakciókhoz (OER és HER). A következőkben kobalt-szulfid (CoSx) üreges nanogömbök (HNS-ek) fázis- és összetételvezérelt szintéziséről és katalitikus hatásfokukról számolunk be hidrogén- és oxigénfejlődési reakciókhoz lúgos közegben. Három CoSx vegyületet, azaz a Co9S8, Co3S4 és CoS2 HNS-eket pontosan szintetizáltuk a szén-diszulfid és a kobalt-acetát mólarányának egyszerű beállításával, egy egyszerű oldat alapú stratégia segítségével. Az elektrokémiai eredmények azt mutatják, hogy az így előállított CoS2 HNS-ek 1,0 M KOH-ban a Co9S8 és Co3S4 HNS-eknél jobb OER és HER katalitikus teljesítményt mutatnak, az OER esetében 290 mV, a HER esetében 193 mV túlfeszültséggel 10 mA cm-2 mellett, és a megfelelő Tafel meredekség 57, illetve 100 mV dec-1 . Ezenkívül a CoS2 HNS-ek figyelemre méltó hosszú távú katalitikus tartósságot mutatnak, amely még a RuO2 és a Pt/C nemesfém katalizátoroknál is jobb. Ezen túlmenően, egy lúgos elektrolizátor, amelyet CoS2 HNS-ek mint anód- és katódanyagok felhasználásával állítottak össze, 60 °C-on alacsony, 1,54 V-os cellafeszültség mellett 10 mA cm-2 értéket tud elérni, 100%-os faradikus hatékonysággal a teljes vízbontás során. További elemzések azt mutatják, hogy a Con+ aktív helyek felületi morfológiája, kristályszerkezete és koordinációs környezete együttesen határozzák meg a HER/OER aktivitást a szintetizált bináris CoSx sorozatban, ami betekintést nyújthat az átmeneti fém kalkogenidek racionális tervezésébe a nagy hatékonyságú hidrogén- és oxigénbevonatú elektrokatalízishez.