Xúc tác Molybdenum sulfide vô định hình hoạt động tốt nhất cho khai thác năng lượng mặt trời

Một chất xúc tác đặc biệt để tạo ra hydro là molybdenum sulphides (MoSx), nó rẻ hơn nhiều so với các chất xúc tác từ bạch kim hoặc ruthenium. Nghiên cứu của các nhà khoa học do giáo sư tiến sĩ Sebastian Fiechter dẫn đầu tại Viện Nhiên liệu Mặt trời HZB đã sản xuất và kiểm nghiệm các lớp molypden sulphide, với mẫu được lắng đọng ở các nhiệt độ khác nhau trên đế (từ nhiệt độ phòng đến 500°C). Hình thái và cấu trúc của các lớp thay đổi khi tăng nhiệt độ lắng đọng (xem hình ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)). Trong khi các vùng tinh thể được hình thành ở nhiệt độ cao hơn, molybdenum sunfua lắng đọng ở nhiệt độ phòng là vô định hình và có hoạt tính xúc tác cao nhất.

Chất xúc tác làm từ molybdenum sulphide vô định hình không chỉ giải phóng hydro trong quá trình điện phân nước, mà còn cả khí hydro sunfua trong giai đoạn đầu. Lưu huỳnh được giải phóng từ chính chất xúc tác đã cải thiện đáng kể hoạt tính của molybdenum sulphide.

Fiechter và nhóm của ông đã nghiên cứu các mẫu molybdenum sulphide vô định hình sử dụng làm chất xúc tác trong quá trình tách nước bằng nhiều phương pháp quang phổ khác nhau (gồm cả phương pháp quang phổ Raman tại chỗ). Các tính toán cho thấy, các vùng tinh thể nano của molybdenum disulphide (MoS2) hình thành theo thời gian trong các mẫu molybdenum sulphide vô định hình là do lưu huỳnh thoát ra khỏi cụm molypden. Đồng thời, do hydro sunfua ngày càng ít được hình thành, nên hydro được tạo ra càng nhiều. "Chúng tôi có thể nói rằng, các khu vực có hàm lượng lưu huỳnh thấp với các cụm MoS2 kết tinh nano hình thành do lưu huỳnh thoát ra. Các cụm này có vai trò như các hạt xúc tác", Fanxing Xi, một nghiên cứu sinh tiến sĩ nói.

Theo Fiechter, "Những hiểu biết này góp phần tăng cường hiệu suất và tính ổn định cho cơ chế làm việc của chất xúc tác đầy hứa hẹn này trong việc tạo ra hydro trong quá trình tách nước và ghép vật liệu với chất điện phân hoạt động dưới ánh sáng mặt trời".