Bifunktionale Sauerstoffelektroden durch Einbettung von Co@Co3O4-Nanopartikeln in CNT-gekoppelte Stickstoff-dotierte Kohlenstoffpolyeder

Effiziente und reversible Sauerstoffelektroden für die Sauerstoffreduktion (oxygen reduction reaction, ORR) sowie die Sauerstoffentwicklung (oxygen evolution reaction, OER) sind entscheidend für die Energieumwandlung beispielsweise in regenerativen Brennstoffzellen und Metall‐Luft‐Batterien. Die Realisierung solcher Elektroden wird im Wesentlichen durch unzureichende Aktivität und Stabilität der Elektrokatalysatoren sowohl bei der Wasserspaltung als auch bei der Sauerstoffreduktion erschwert. Wir berichten über hochaktive bifunktionale Elektrokatalysatoren für Sauerstoffelektroden. Die Katalysatoren bestehen aus Co@Co3O4‐Kern‐Schale‐Nanopartikeln, die durch Pyrolyse einer Cobalt‐haltigen Metall‐organischen Gerüstverbindung (MOF; ZIF‐67) in einer reduktiven H2‐Atmosphäre mit anschließender kontrollierter oxidativer Kalzinierung in CNT‐gekoppelte N‐dotierte Kohlenstoffpolyeder eingebettet wurden. Die Katalysatoren liefern eine reversible Gesamtüberspannung von 0.85 V in 0.1 m KOH‐Lösung und übertreffen damit Pt/C, IrO2 und RuO2, sodass sie zu den bislang besten nicht auf Edelmetallen basierenden Elektrokatalysatoren für reversible Sauerstoffelektroden zählen. Ein Elektrokatalysator aus Co@Co3O4‐Nanopartikeln, die in CNT‐funktionalisierten und N‐dotierten Kohlenstoffpolyedern eingebettet sind, zeigt hohe Aktivitäten in der Wasseroxidation und Sauerstoffreduktion und übertrifft dabei die bislang besten Pt/C‐, Ir‐ und Ru‐basierten Elektrokatalysatoren.