Fotoelektrolyse-cel in Jin's lab, met CoPS-elektrode.

Kristallijn kobaltfosfosulfide is de nieuwe katalytische belofte voor de waterstofeconomie. Efficiënt en goedkoop, beloven Song Jin en collega’s van de University of Wisconsin-Madison in Nature Materials. De octrooiaanvraag is de deur al uit.

Dat CoPS vertoont eenzelfde kristalstructuur als pyriet (FeS2, ook bekend als klatergoud of ‘fool’s gold’). En van sommige pyrietstructuren, zoals CoS2, was al bekend dat ze de elektrochemische afsplitsing van waterstof uit water katalyseren wanneer je je elektrodes er mee coat.

Wat daar precies voor werkingsmechanisme achter steekt, is nog niet duidelijk. Maar Jin had een vermoeden welk detail van het kristaloppervlak verantwoordelijk zou kunnen zijn. En als dat vermoeden klopte zou het moeten helpen als je de helft van het zwavel in CoS2 vervangt door fosfor.

Nadat berekeningen met dichtheidsfunctionaaltheorie hadden bevestigd dat de adsorptie van waterstof aan CoPS inderdaad energetisch gunstiger zou moeten zijn dan aan CoS2, besloot Yin het maar eens in de praktijk uit te proberen. Wat nog tamelijk lastig is: je moet een mix van elementaire fosfor en zwavel verdampen onder een argon-atmosfeer en die damp vervolgens bij hoge temperatuur laten reageren met een nanodun laagje kobalt op grafiet of een andere geleidende ondergrond. Dat het een CoPS oplevert met precies evenveel P als S blijkt verre van vanzelfsprekend.

Metingen met röntgendiffractie en Ramanspectrometrie bevestigen echter dat je ongeveer de gewenste details op je kristaloppervlak krijgt. En het blijkt inderdaad een prima katalysator om water mee te splitsen: de prestaties komen dicht in de buurt van die van platina, terwijl kobalt een factor duizend goedkoper is en fosfor en zwavel zelfs gratis af te halen bij de varkenshouder, respectievelijk de olieraffinaderij op de hoek.

Of grootschalige productie van die nanogestructureerde elektrodes gaat lukken, is de volgende vraag.

bron: University of Wisconsin-Madison