Credito:American Chemical Society
Un nuovo catalizzatore potrebbe ridurre drasticamente il costo di produzione dell'idrogeno, uno dei combustibili rinnovabili più puliti. A base di solfuro di molibdeno, il catalizzatore è stato sviluppato da un gruppo dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, guidato da Shi Jie Wang.
Il nuovo catalizzatore potrebbe rivoluzionare l'uso industriale della reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER), che genera gas idrogeno scindendo le molecole d'acqua. I catalizzatori più efficienti per HER utilizzano metalli nobili come platino, che sono proibitivi per la produzione su larga scala. L'attuale produzione mondiale di idrogeno è stimata in 50 milioni di tonnellate, ma la domanda potrebbe decollare se i costi di produzione possono essere ridotti per renderlo competitivo come carburante per i trasporti.
"Stiamo esplorando intensamente catalizzatori realizzati con materiali abbondanti in Terra con prestazioni HER paragonabili ai metalli nobili, "dice Wang.
Il successo del team è arrivato quando si sono imbattuti in una nuova forma cristallina di solfuro di molibdeno, con composizione Mo 6 S 4 .
La struttura comune, bisolfuro di molibdeno (MoS 2 ), inizialmente ha mostrato la promessa come catalizzatore, ma era limitato dalla bassa efficienza dell'assorbimento dell'idrogeno in superficie. Anche il trasferimento di carica elettrica, centrale nel processo di catalisi, si è dimostrato lento.
inaspettatamente, i ricercatori hanno scoperto MoS 2 la catalisi avveniva in modo più efficiente ai bordi del materiale o ai difetti nel reticolo dove c'erano elettroni spaiati.
Ciò ha portato Wang e il suo team a tentare di introdurre MoS 2 difetti variando il rapporto tra molibdeno e zolfo. Con un rapporto particolare furono sorpresi di scoprire che, invece di MoS . difettoso 2 , avevano prodotto un normale cristallo bidimensionale.
Esaminando la struttura con un microscopio a scansione a effetto tunnel, il team ha trovato una struttura reticolare quadrata fatta di unità ripetute di Mo 6 S 4 —molto diverso da MoS 2 la struttura reticolare esagonale.
La modellazione della struttura quadrata ha suggerito che sarebbe stato un catalizzatore efficiente, poiché le sue caratteristiche erano più vicine ai metalli come il platino rispetto al MoS . simile a un semiconduttore 2 .
Gli esperimenti hanno confermato le prestazioni di Mo 6 S 4 :la tensione richiesta per pilotare la reazione HER era di circa 0,1 volt, 50% in meno rispetto al MoS lattice reticolare difettoso 2 , e si avvicina al platino (~0,05 volt).
"Non è buono come il platino, ma considerando che è molto economico e molto stabile, Penso che abbia un grande potenziale, "Ha detto Wang.
