Il SEM mostra solfuro di molibdeno depositato a temperatura ambiente. Attestazione:HZB
Saranno necessari catalizzatori efficienti ed economici per la produzione di idrogeno dalla luce solare. I solfuri di molibdeno sono considerati buoni candidati. Un team di HZB ha ora spiegato quali processi avvengono nei solfuri di molibdeno durante la catalisi e perché il solfuro di molibdeno amorfo funziona meglio. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Catalisi ACS .
La luce solare non solo può essere utilizzata per generare elettricità, ma anche idrogeno. L'idrogeno è un combustibile climaticamente neutro che immagazzina energia chimicamente e la rilascia nuovamente quando necessario, o direttamente tramite combustione (dove viene prodotta solo acqua) o come energia elettrica in una cella a combustibile. Ma per produrre idrogeno dalla luce del sole, sono necessari catalizzatori che accelerino la scissione elettrolitica dell'acqua in ossigeno e idrogeno.
Una classe particolarmente interessante di materiali catalitici per la generazione di idrogeno sono i solfuri di molibdeno (MoS X ). Sono notevolmente più economici dei catalizzatori in platino o rutenio. In uno studio completo, un team guidato dal Prof. Dr. Sebastian Fiechter presso l'HZB Institute for Solar Fuels ha ora prodotto e studiato una serie di strati di solfuro di molibdeno. I campioni sono stati depositati a diverse temperature su un substrato, dalla temperatura ambiente a 500 °C. La morfologia e la struttura degli strati cambiano con l'aumentare della temperatura di deposizione (vedi immagini di microscopia elettronica a trasmissione (TEM)). Mentre le regioni cristalline si formano a temperature più elevate, il solfuro di molibdeno depositato a temperatura ambiente è amorfo. È proprio questo solfuro di molibdeno amorfo depositato a temperatura ambiente ad avere la più alta attività catalitica.
Un catalizzatore a base di solfuro di molibdeno amorfo non solo rilascia idrogeno durante l'elettrolisi dell'acqua, ma anche gas di idrogeno solforato nella fase iniziale. Lo zolfo per questo doveva provenire dal materiale catalizzatore stesso, e sorprendentemente questo processo migliora considerevolmente l'attività catalitica del solfuro di molibdeno. Fiechter e il suo team hanno ora esaminato da vicino questo aspetto e stanno proponendo una spiegazione per le loro scoperte.
Hanno studiato campioni di solfuro di molibdeno amorfo utilizzati come catalizzatori nella scissione dell'acqua utilizzando vari metodi spettroscopici, compresa la spettroscopia Raman in situ. Queste misurazioni mostrano che le regioni nanocristalline di bisolfuro di molibdeno (MoS 2 ) si formano nel tempo nei campioni di solfuro di molibdeno amorfo a causa della fuoriuscita di zolfo dai cluster di molibdeno. Allo stesso tempo, viene prodotto sempre meno idrogeno solforato, in modo che la produzione di idrogeno diventa dominante.
"Possiamo dedurre dai dati che aree a basso contenuto di zolfo con isole di MoS nano nanocristallino 2 forma a seguito della fuoriuscita di zolfo. Le isole agiscono come particelle cataliticamente attive, " spiega Fanxing Xi, che ha effettuato le misurazioni come parte del suo lavoro di dottorato.
"Queste intuizioni possono contribuire a migliorare ulteriormente l'attività catalitica e la stabilità di questo promettente catalizzatore per la generazione di idrogeno nel processo di scissione dell'acqua, e accoppiando il materiale ad un elettrolizzatore operante esclusivamente sulla luce solare, ", ha detto Fiechter.
