Hierarchische NiCo2S4-Nanorod-Arrays, die auf Ni-Schaum gestützt sind: Ein effizienter und langlebiger bifunktionaler Elektrokatalysator für Sauerstoff- und Wasserstoffentwicklungsreaktionen

Ein kürzlich entwickelter Ansatz zur Wasserstofferzeugung aus Sonnenenergie ist die Wasser-Elektrolyse unter Verwendung effizienter, stabiler und kostengünstiger bifunktionaler Elektrokatalysatoren in starken Elektrolyten. Hier wird das direkte Wachstum von 1D NiCo2S4-Nanorod (NW)-Arrays auf einem 3D Ni-Schaum (NF) beschrieben. Dieses NiCo2S4 NW/NF-Array fungiert als effizienter bifunktionaler Elektrokatalysator für die gesamte Wasserspaltung mit ausgezeichneter Aktivität und Stabilität. Der 3D-Ni-Schaum erleichtert das gerichtete Wachstum und legt mehr aktive Stellen des Katalysators für elektrochemische Reaktionen an der Elektroden-Elektrolyt-Grenzfläche frei. Die binderfreie, selbst hergestellte NiCo2S4 NW/NF-Elektrode liefert eine Wasserstoffproduktionsstromdichte von 10 mA cm –2 bei einer Überspannung von 260 mV für die Sauerstoffentwicklungsreaktion und bei 210 mV (im Vergleich zu einer umkehrbaren Wasserstoffelektrode) für die Wasserstoffentwicklungsreaktion in 1 m KOH. Dieser hochaktive und stabile bifunktionale Elektrokatalysator ermöglicht die Herstellung eines alkalischen Wasser-Elektrolyseurs, der 10 mA cm –2 unter einer Zellenspannung von 1,63 V liefern könnte. Da die nicht-edelmetallischen NiCo2S4 NW/NF-Schaum-basierten Elektroden die energische und kontinuierliche Entwicklung von sowohl H2 als auch O2 bei 1,68 V ermöglichen, hergestellt mit einem Solarpanel, erscheinen sie als vielversprechende Geräte zur Wasserspaltung für die großflächige Wasserstofferzeugung aus Sonnenenergie.