Hidroxisulfuros de metales de transición bifuncionales: Sulfurización a temperatura ambiente y sus aplicaciones en baterías de Zn-aire

La electrocatalysis bifuncional para la reacción de evolución de oxígeno (OER) y la reacción de reducción de oxígeno (ORR) constituye el cuello de botella de varios dispositivos y sistemas de energía sostenible como las baterías recargables de metal-aire. Se requieren con urgencia nuevos materiales catalizadores hacia actividades electrocatalíticas superiores y aplicaciones prácticas. En este estudio, se presentan los hidroxisulfuros de metal de transición como electrocatalizadores bifuncionales OER/ORR para baterías de Zn-aire. Al sumergir simplemente un precursor de hidróxido basado en Co en una solución con alta concentración de S2-, los hidróxidos de metales de transición se convierten en hidroxisulfuros con excelente preservación de la morfología a temperatura ambiente. Los hidroxisulfuros de metal basados en Co obtenidos poseen alta reactividad intrínseca y conductividad eléctrica. La estructura electrónica de los sitios activos se ajusta mediante modulación de aniones. La densidad de corriente de OER de 10 mA cm-2 tiene un potencial de 1.588 V frente al electrodo de hidrógeno reversible (RHE), y el potencial de media onda de ORR es de 0.721 V frente a RHE, con una diferencia de potencial de 0.867 V para la electrocatalysis bifuncional de oxígeno. Los hidroxisulfuros Co3FeS1.5(OH)6 se emplean en el electrodo de aire para una batería recargable de Zn-aire con un pequeño sobrepotencial de 0.86 V a 20.0 mA cm-2, una alta capacidad específica de 898 mAh g-1 y una larga vida de ciclo, que es mucho mejor que los electrocatalizadores basados en Pt e Ir en baterías de Zn-aire.