Fase- en samenstellingsgecontroleerde synthese van kobaltsulfide holle nanosferen voor elektrokatalytische watersplitsing – Nanoscale (RSC Publishing)

Het ontwikkelen van goedkope, zeer efficiënte en stabiele elektrokatalysatoren voor zowel zuurstof- als waterstofevolutiereacties (OER en HER) is uiterst zinvol om grootschalige implementatie van watersplitsingstechnologie te realiseren. Hier rapporteren we de fase- en samenstellingsgecontroleerde synthese van kobaltsulfide (CoSx) holle nanosferen (HNSs) en hun katalytische efficiëntie voor waterstof- en zuurstofextractiereacties in alkalische media. Drie CoSx verbindingen, d.w.z. Co9S8, Co3S4, en CoS2 HNSs, werden nauwkeurig gesynthetiseerd door eenvoudig de molaire verhouding van koolstofdisulfide en kobaltacetaat aan te passen met behulp van een gemakkelijke oplossingsgerichte strategie. Elektrochemische resultaten tonen aan dat de bereide CoS2 HNSs superieure OER en HER katalytische prestaties vertonen ten opzichte van Co9S8 en Co3S4 HNSs in 1,0 M KOH, met overpotentialen van 290 mV voor de OER en 193 mV voor de HER bij 10 mA cm-2, en de bijbehorende Tafel hellingen van 57 en 100 mV dec-1, respectievelijk. Bovendien vertonen de CoS2 HNSs een opmerkelijke katalytische duurzaamheid op lange termijn, die zelfs superieur is aan edelmetaalkatalysatoren van RuO2 en Pt/C. Bovendien kan een alkalische elektrolytische assemblage met CoS2 HNSs als anode en kathodemateriaal 10 mA cm-2 bereiken bij een lage celspanning van 1,54 V bij 60 °C met een faradaïsch rendement van 100% voor de totale watersplitsing. Verdere analyse toont aan dat de oppervlaktemorfologie, kristallografische structuur en coördinatieomgeving van Con+ actieve sites in combinatie de HER/OER-activiteiten bepalen in de gesynthetiseerde binaire CoSx-reeksen, die inzicht zouden verschaffen in het rationele ontwerp van overgangsmetaalchalcogeniden voor zeer efficiënte waterstof- en zuurstofgeïnvolveerde elektrokatalyse.