CoP-Nanorahmen als bifunktionale Elektrokatalysatoren für effizientes gesamtes Wassersplitten

Übergangsmetallphosphide haben sich als vielversprechende Elektrokatalysatoren in Wasser sowohl für die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) als auch für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) erwiesen. Um die Reaktivität gegenüber beiden zu maximieren, ist es notwendig, die Katalysatorgröße zu begrenzen, während die Reaktivität aufrechterhalten und Aggregation vermieden wird. Rahmenartige hohle Nanostrukturen (Nanorahmen) bieten die erforderliche offene Struktur mit ausreichenden Kanälen in das innere Volumen. Wir demonstrieren hier das Design und die Synthese von CoP-Nanorahmen (CoP NFs) durch eine Strategie, die Ausfällung, chemisches Ätzen und Niedertemperaturphosphidierungsschritte umfasst. Dies führt zu beeindruckenden bifunktionalen katalytischen Aktivitäten sowohl für HER als auch für OER und ermöglicht somit einen hocheffizienten Elektrolyseur mit einer Stromdichte von 10 mA cm–2, der von einer Zellenspannung von nur 1,65 V betrieben wird. Die Strategie wurde verallgemeinert, um Nanorahmen-Co-Dichalcogenide CoX2 NFs mit X = S, Se und Te herzustellen. Die Ergebnisse der elektrochemischen Messungen, unterstützt durch Berechnungen der Dichtefunktionaltheorie, zeigen, dass die HER-katalytischen Aktivitäten für die Serie der Reihenfolge folgen: CoP NFs > CoSe2 NFs > CoS2 NFs > CoTe2 NFs.