Djurleite Copper Sulfide-Coupled Cobalt Sulfide Interface for a Stable and Efficient Electrocatalyst

过电位 电催化剂 材料科学 析氧 硫化物 硫化钴 硫化铜 无机化学 化学工程 分解水 催化作用 电极 化学 电化学 物理化学 冶金 有机化学 工程类 光催化
作者
Nandapriya Manivelan,K. Senthil,Kandasamy Prabakar
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (27): 30812-30823 被引量:45
标识
DOI:10.1021/acsami.2c06010
摘要

Transition metal sulfides (TMS) exhibit proliferated edge sites, facile electrode kinetics, and improved intrinsic electrical conductivity, which demand low potential requirements for total water splitting application. Here, we have propounded copper sulfide-coupled cobalt sulfide nanosheets grown on 3D nickel as an electrocatalyst for hydrogen (HER) and oxygen evolution (OER) reactions. The formation of djurleite copper sulfide with a Cu vacancy enables faster H+ ion transport and shows improved HER activity with a remarkably lower overpotential of 164 mV at 10 mA/cm2, whereas cobalt-incorporated copper sulfide undergoes cation exchange during synthesis and shows elevated OER activity with a lower overpotential of 240 mV at 10 mA/cm2 for the OER. Moreover, Cu2–xS/Co is said to have a hybrid CoS–CoS2 interface and provide Co2+ active sites on the surface and enable the fast adsorption of intermediate species (OH*, O*, and OOH*), which lowers the potential requirement. The copper vacancy and cation exchange with a hybrid CoS–CoS2 structure are helpful in supplying more surface reactive species and faster ion transport for the HER and OER, respectively. The full-cell electrolyzer requires a very low potential of 1.58 V to attain a current density of 10 mA/cm2, and it shows excellent stability for 50 h at 100 mA/cm2 as confirmed by the chronopotentiometry test.
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