Catalisadores eficientes e baratos serão necessários para a produção de hidrogênio a partir da luz solar. Os sulfetos de molibdênio são considerados bons candidatos. Uma equipe do HZB explicou quais processos ocorrem nos sulfetos de molibdênio durante a catálise e por que o sulfeto de molibdênio amorfo funciona melhor. Os resultados foram publicados na revista Catálise ACS .

A luz solar não só pode ser usada para gerar eletricidade, mas também hidrogênio. O hidrogênio é um combustível neutro para o clima que armazena energia quimicamente e a libera novamente quando necessário, seja diretamente via combustão (onde apenas água é produzida) ou como energia elétrica em uma célula de combustível. Mas para produzir hidrogênio a partir da luz solar, são necessários catalisadores que aceleram a divisão eletrolítica da água em oxigênio e hidrogênio.

Uma classe particularmente interessante de materiais de catálise para geração de hidrogênio são os sulfetos de molibdênio (MoS _x ) Eles são consideravelmente mais baratos do que os catalisadores feitos de platina ou rutênio. Em um estudo abrangente, uma equipe liderada pelo Prof. Dr. Sebastian Fiechter no Instituto HZB de Combustíveis Solares já produziu e investigou uma série de camadas de sulfeto de molibdênio. As amostras foram depositadas em diferentes temperaturas em um substrato, desde a temperatura ambiente até 500 ° C. A morfologia e a estrutura das camadas mudam com o aumento da temperatura de deposição (ver imagens de microscopia eletrônica de transmissão (TEM)). Embora as regiões cristalinas sejam formadas em temperaturas mais altas, o sulfeto de molibdênio depositado à temperatura ambiente é amorfo. É precisamente esse sulfeto de molibdênio amorfo depositado à temperatura ambiente que tem a maior atividade catalítica.

Um catalisador feito de sulfeto de molibdênio amorfo não só libera hidrogênio durante a eletrólise da água, mas também gás sulfureto de hidrogênio na fase inicial. O enxofre para isso teve que vir do próprio material catalisador, e surpreendentemente - esse processo melhora consideravelmente a atividade catalítica do sulfeto de molibdênio. Fiechter e sua equipe examinaram isso de perto e estão propondo uma explicação para suas descobertas.

Eles investigaram amostras de sulfeto de molibdênio amorfo usadas como catalisadores na divisão de água usando vários métodos espectroscópicos, incluindo espectroscopia Raman in situ. Essas medições mostram que as regiões nanocristalinas de dissulfeto de molibdênio (MoS ₂ ) se formam ao longo do tempo em amostras de sulfureto de molibdênio amorfo como resultado do enxofre que escapa dos aglomerados de molibdênio. Ao mesmo tempo, cada vez menos sulfeto de hidrogênio é produzido, de modo que a produção de hidrogênio se torna dominante.

"Podemos deduzir a partir dos dados que as áreas de baixo teor de enxofre com ilhas de MoS nanocristalino ₂ como resultado do escape de enxofre. As ilhas atuam como partículas cataliticamente ativas, "explica Fanxing Xi, que realizou as medições como parte de seu trabalho de doutorado.

"Esses insights podem contribuir para melhorar ainda mais a atividade catalítica e a estabilidade deste promissor catalisador para a geração de hidrogênio no processo de divisão da água, e acoplar o material a um eletrolisador operando exclusivamente na luz solar, "disse Fiechter.