Одним особенно интересным классом каталитических материалов для производства водорода являются сульфиды молибдена (MoSx). Они значительно дешевле катализаторов из платины или рутения. В ходе комплексного исследования команда под руководством проф.
Доктор. Себастьян Фихтер из Института солнечного топлива HZB произвел и исследовал серию слоев сульфида молибдена. Образцы наносили на подложку при разных температурах от комнатной до 500 ° C. Морфология и структура слоев изменяются с увеличением температуры осаждения (см. Изображения просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ)).
В то время как кристаллические области образуются при более высоких температурах, сульфид молибдена, осажденный при комнатной температуре, является аморфным. Именно этот аморфный сульфид молибдена, осажденный при комнатной температуре, обладает наибольшей каталитической активностью.
Катализатор из аморфного сульфида молибдена выделяет не только водород во время электролиза воды, но и газообразный сероводород в начальной фазе. Сера для этого должна была поступать из самого материала катализатора, и, что удивительно, этот процесс значительно улучшает каталитическую активность сульфида молибдена.
Фихтер и его команда внимательно изучили это и предлагают объяснение своих выводов.
Они исследовали образцы аморфного сульфида молибдена, используемые в качестве катализаторов при расщеплении воды, с использованием различных спектроскопических методов, в том числе спектроскопии комбинационного рассеяния in situ.
Эти измерения показывают, что нанокристаллические области дисульфида молибдена (MoS2) образуются с течением времени в образцах аморфного сульфида молибдена в результате утечки серы из кластеров молибдена. В то же время производится все меньше и меньше сероводорода, поэтому производство водорода становится доминирующим.
«Из данных можно сделать вывод, что области с низким содержанием серы с островками нанокристаллического MoS2 образуются в результате утечки серы.
Острова действуют как каталитически активные частицы », – объясняет Фаньсин Си, которая проводила измерения в рамках своей докторской работы. «Эти открытия могут способствовать дальнейшему улучшению каталитической активности и стабильности этого многообещающего катализатора для генерации водорода в процессе расщепления воды и присоединению материала к электролизеру, работающему исключительно на солнечном свете», – сказал Фихтер.