Se necesitarán catalizadores eficientes y económicos para la producción de hidrógeno a partir de la luz solar. Los sulfuros de molibdeno se consideran buenos candidatos. Un equipo de HZB ha explicado ahora qué procesos tienen lugar en los sulfuros de molibdeno durante la catálisis y por qué el sulfuro de molibdeno amorfo funciona mejor. Los resultados se han publicado en la revista Catálisis ACS .

La luz solar no solo se puede utilizar para generar electricidad, pero también hidrógeno. El hidrógeno es un combustible neutro para el clima que almacena energía químicamente y la libera de nuevo cuando es necesario. ya sea directamente por combustión (donde solo se produce agua) o como energía eléctrica en una pila de combustible. Pero para producir hidrógeno a partir de la luz solar, Se necesitan catalizadores que aceleren la división electrolítica del agua en oxígeno e hidrógeno.

Una clase particularmente interesante de materiales de catálisis para la generación de hidrógeno son los sulfuros de molibdeno (MoS _X ). Son considerablemente más baratos que los catalizadores hechos de platino o rutenio. En un estudio integral, un equipo dirigido por el Prof. Dr. Sebastian Fiechter en el Instituto HZB de Combustibles Solares ha producido e investigado una serie de capas de sulfuro de molibdeno. Las muestras se depositaron a diferentes temperaturas sobre un sustrato, desde temperatura ambiente hasta 500 ° C. La morfología y la estructura de las capas cambian con el aumento de la temperatura de deposición (ver imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM)). Mientras que las regiones cristalinas se forman a temperaturas más altas, El sulfuro de molibdeno depositado a temperatura ambiente es amorfo. Es precisamente este sulfuro de molibdeno amorfo depositado a temperatura ambiente el que tiene la mayor actividad catalítica.

Un catalizador hecho de sulfuro de molibdeno amorfo no solo libera hidrógeno durante la electrólisis del agua, pero también gas sulfuro de hidrógeno en la fase inicial. El azufre para esto tenía que provenir del propio material catalizador, y sorprendentemente, este proceso mejora considerablemente la actividad catalítica del sulfuro de molibdeno. Fiechter y su equipo han examinado esto de cerca y están proponiendo una explicación de sus hallazgos.

Investigaron muestras de sulfuro de molibdeno amorfo utilizadas como catalizadores en la división del agua utilizando varios métodos espectroscópicos. incluida la espectroscopia Raman in situ. Estas mediciones muestran que las regiones nanocristalinas de bisulfuro de molibdeno (MoS ₂ ) se forman con el tiempo en muestras de sulfuro de molibdeno amorfo como resultado del escape de azufre de los racimos de molibdeno. Al mismo tiempo, se produce cada vez menos sulfuro de hidrógeno, de modo que la producción de hidrógeno se vuelve dominante.

"Podemos deducir de los datos que las áreas con bajo contenido de azufre con islas de MoS nanocristalino ₂ forma como resultado del escape de azufre. Las islas actúan como partículas catalíticamente activas, "explica Fanxing Xi, quien realizó las mediciones como parte de su trabajo de doctorado.

"Estos conocimientos pueden contribuir a mejorar aún más la actividad catalítica y la estabilidad de este catalizador prometedor para la generación de hidrógeno en el proceso de separación de agua, y acoplar el material a un electrolizador que funcione únicamente con luz solar, "dijo Fiechter.