Sintesi controllata in fase e composizione di nanosfere cave di solfuro di cobalto per la scissione elettrocatalitica dell’acqua – Nanoscale (RSC Publishing)

Sviluppare elettrocatalizzatori economici, altamente efficienti e stabili per le reazioni di evoluzione dell’ossigeno e dell’idrogeno (OER e HER) è estremamente significativo per realizzare l’implementazione su larga scala della tecnologia di scissione dell’acqua. Qui, riportiamo la sintesi controllata della fase e della composizione delle nanosfere cave di solfuro di cobalto (CoSx) (HNS) e le loro efficienze catalitiche per le reazioni di evoluzione di idrogeno e ossigeno in mezzi alcalini. Tre composti CoSx, cioè, Co9S8, Co3S4, e CoS2 HNSs, sono stati sintetizzati con precisione semplicemente regolando il rapporto molare di disolfuro di carbonio a cobalto acetato utilizzando una facile strategia basata sulla soluzione. I risultati elettrochimici rivelano che il come preparato CoS2 HNSs mostra OER superiore e prestazioni catalitiche HER a Co9S8 e Co3S4 HNSs in 1.0 M KOH, con overpotentials di 290 mV per la OER e 193 mV per la HER a 10 mA cm-2, e le corrispondenti pendenze Tafel di 57 e 100 mV dec-1, rispettivamente. Inoltre, i CoS2 HNSs mostrano una notevole durata catalitica a lungo termine, che è anche superiore ai catalizzatori di metalli preziosi RuO2 e Pt/C. Inoltre, un elettrolizzatore alcalino assemblato utilizzando CoS2 HNSs come anodo e materiali catodici può raggiungere 10 mA cm-2 ad una bassa tensione di cella di 1.54 V a 60 °C con un’efficienza faradica del 100% per la scissione dell’acqua complessiva. Ulteriori analisi dimostrano che la morfologia superficiale, la struttura cristallografica e l’ambiente di coordinazione dei siti attivi Con+ in combinazione determinano le attività HER/OER nella serie binaria sintetizzata di CoSx, che fornirebbe indicazioni per la progettazione razionale di calcogenuri di metalli di transizione per l’elettrocatalisi altamente efficiente di idrogeno e ossigeno.