Un nuevo material desarrollado en la Universidad de Rice basado en disulfuro de molibdeno expone la mayor parte del borde posible, haciéndolo eficiente como catalizador para la producción de hidrógeno y para el almacenamiento de energía. Crédito:Tour Group / Rice University
Los científicos de la Universidad de Rice que quieren obtener una ventaja en la producción y el almacenamiento de energía informan que la han encontrado en el disulfuro de molibdeno.
El laboratorio de Rice del químico James Tour ha convertido la forma bidimensional del disulfuro de molibdeno en una película nanoporosa que puede catalizar la producción de hidrógeno o usarse para el almacenamiento de energía.
El compuesto químico versátil clasificado como dicalcogenuro es inerte a lo largo de sus lados planos, pero estudios previos determinaron que los bordes del material son catalizadores altamente eficientes para la reacción de desprendimiento de hidrógeno (HER), un proceso utilizado en las pilas de combustible para extraer hidrógeno del agua.
Tour y sus colegas han encontrado una forma rentable de crear películas flexibles del material que maximizan la cantidad de borde expuesto y tienen potencial para una variedad de aplicaciones orientadas a la energía.
La investigación de Rice aparece en la revista Materiales avanzados .
El disulfuro de molibdeno no es tan plano como el grafeno, la forma de carbono puro de un átomo de espesor, porque contiene átomos de molibdeno y azufre. Cuando se ve desde arriba, parece grafeno, con filas de hexágonos ordenados. Pero visto de lado se revelan tres capas distintas, con átomos de azufre en sus propios planos por encima y por debajo del molibdeno.
Esta estructura de cristal crea un borde más robusto, y cuanto más filo, mejor para reacciones catalíticas o almacenamiento, Tour dijo.
"Gran parte de la química se produce en los bordes de los materiales, ", dijo." Un material bidimensional es como una hoja de papel:un gran plano con muy poco borde. Pero nuestro material es muy poroso. Lo que vemos en las imágenes son breves, Planos de 5 a 6 nanómetros y mucho borde, como si el material tuviera agujeros perforados hasta el final ".
Una delgada, La película flexible desarrollada en la Universidad de Rice muestra un excelente potencial como catalizador de hidrógeno o como dispositivo de almacenamiento de energía. La película bidimensional podría ser un componente rentable en aplicaciones como las pilas de combustible. Crédito:Tour Group / Rice University
La nueva película fue creada por Tour y los autores principales Yang Yang, investigador postdoctoral; Huilong Fei, un estudiante graduado; y sus colegas. Cataliza la separación del hidrógeno del agua cuando se expone a una corriente. "Su rendimiento como generador HER es tan bueno como el de cualquier estructura de disulfuro de molibdeno que se haya visto jamás, y es muy fácil de hacer "Dijo Tour.
Mientras que otros investigadores han propuesto matrices de láminas de disulfuro de molibdeno sobre el borde, el grupo de Rice adoptó un enfoque diferente. Primero, hicieron crecer una película porosa de óxido de molibdeno sobre un sustrato de molibdeno mediante anodización a temperatura ambiente, un proceso electroquímico con muchos usos pero empleado tradicionalmente para espesar capas de óxido natural en metales.
Luego, la película se expuso a vapor de azufre a 300 grados Celsius (572 grados Fahrenheit) durante una hora. Esto convirtió el material en disulfuro de molibdeno sin dañar su estructura nano-porosa similar a una esponja, ellos informaron.
Las películas también pueden servir como supercondensadores, que almacenan energía rápidamente como carga estática y la liberan en una ráfaga. Aunque no almacenan tanta energía como una batería electroquímica, tienen una vida útil prolongada y se utilizan ampliamente porque pueden proporcionar mucha más energía que una batería. El laboratorio de Rice construyó supercondensadores con las películas; en pruebas, retuvieron el 90 por ciento de su capacidad después de 10, 000 ciclos de carga-descarga y 83 por ciento después de 20, 000 ciclos.
"Vemos la anodización como una ruta hacia materiales para múltiples plataformas en la próxima generación de dispositivos de energía alternativa, ", Dijo Tour." Estas podrían ser pilas de combustible, supercondensadores y baterías. Y hemos demostrado que dos de esos tres son posibles con este nuevo material ".
