Un nuovo materiale sviluppato alla Rice University a base di bisolfuro di molibdeno espone il più possibile il bordo, rendendolo efficiente sia come catalizzatore per la produzione di idrogeno che per lo stoccaggio di energia. Credito:Tour Group/Rice University
Gli scienziati della Rice University che vogliono ottenere un vantaggio nella produzione e nello stoccaggio di energia riferiscono di averlo trovato nel bisolfuro di molibdeno.
Il laboratorio Rice del chimico James Tour ha trasformato la forma bidimensionale del bisolfuro di molibdeno in un film nanoporoso che può catalizzare la produzione di idrogeno o essere utilizzato per lo stoccaggio di energia.
Il versatile composto chimico classificato come dicalcogenuro è inerte lungo i suoi lati piatti, ma studi precedenti hanno determinato che i bordi del materiale sono catalizzatori altamente efficienti per la reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER), un processo utilizzato nelle celle a combustibile per estrarre l'idrogeno dall'acqua.
Tour e i suoi colleghi hanno trovato un modo conveniente per creare pellicole flessibili del materiale che massimizzano la quantità di bordo esposto e hanno il potenziale per una varietà di applicazioni orientate all'energia.
La ricerca Rice appare sulla rivista Materiale avanzato .
Il disolfuro di molibdeno non è piatto come il grafene, la forma spessa come un atomo di carbonio puro, perché contiene sia molibdeno che atomi di zolfo. Se visto dall'alto, sembra grafene, con file di esagoni ordinati. Ma visto di lato, si rivelano tre strati distinti, con atomi di zolfo nei propri piani sopra e sotto il molibdeno.
Questa struttura cristallina crea un bordo più robusto, e più bordo, meglio per le reazioni catalitiche o lo stoccaggio, Tour ha detto.
"Gran parte della chimica si verifica ai bordi dei materiali, " ha detto. "Un materiale bidimensionale è come un foglio di carta:una grande pianura con pochissimo bordo. Ma il nostro materiale è altamente poroso. Quello che vediamo nelle immagini è breve, Aerei da 5 a 6 nanometri e molto bordo, come se il materiale avesse perforato i fori fino in fondo."
Un sottile, il film flessibile sviluppato alla Rice University mostra un eccellente potenziale come catalizzatore di idrogeno o come dispositivo di accumulo di energia. Il film bidimensionale potrebbe essere un componente conveniente in applicazioni come le celle a combustibile. Credito:Tour Group/Rice University
Il nuovo film è stato creato da Tour e dagli autori principali Yang Yang, un ricercatore post-dottorato; Huilong Fei, uno studente laureato; e i loro colleghi. Catalizza la separazione dell'idrogeno dall'acqua quando esposto a una corrente. "Le sue prestazioni come generatore HER sono buone come qualsiasi struttura di bisolfuro di molibdeno che sia mai stata vista, ed è davvero facile da realizzare, " Disse Giro.
Mentre altri ricercatori hanno proposto matrici di fogli di bisolfuro di molibdeno in piedi sul bordo, il gruppo Rice ha adottato un approccio diverso. Primo, hanno sviluppato un film poroso di ossido di molibdeno su un substrato di molibdeno attraverso l'anodizzazione a temperatura ambiente, un processo elettrochimico con molti usi ma tradizionalmente impiegato per addensare strati di ossido naturale sui metalli.
Il film è stato quindi esposto a vapore di zolfo a 300 gradi Celsius (572 gradi Fahrenheit) per un'ora. Questo ha convertito il materiale in bisolfuro di molibdeno senza danneggiare la sua struttura nano-porosa simile a una spugna, hanno riferito.
I film possono anche fungere da supercondensatori, che immagazzinano energia rapidamente sotto forma di carica statica e la rilasciano in un lampo. Anche se non immagazzinano tanta energia quanto una batteria elettrochimica, hanno una lunga durata e sono ampiamente utilizzati perché possono fornire molta più potenza di una batteria. Il laboratorio Rice ha costruito supercondensatori con i film; nei test, hanno mantenuto il 90 percento della loro capacità dopo il 10, 000 cicli di carica-scarica e 83 percento dopo 20, 000 cicli.
"Vediamo l'anodizzazione come un percorso verso i materiali per più piattaforme nella prossima generazione di dispositivi energetici alternativi, " Tour ha detto. "Queste potrebbero essere celle a combustibile, supercondensatori e batterie. E abbiamo dimostrato che due di questi tre sono possibili con questo nuovo materiale".
