太阳能燃料的催化剂研究 无定形硫化钼效果最好

阳光不仅可以用来发电,还可以用来发电。氢气是一种气候中性燃料,可以化学方式储存能量,并在需要时再次释放,直接通过燃烧(仅产生水)或燃料电池中的电能。但是为了从太阳光产生氢气,需要催化剂来加速水分电解成氧气和氢气。

用于产生氢的一类特别有趣的催化材料是硫化钼(MoSx)。它们比由铂或钌制成的催化剂便宜得多。在一项综合研究中,由HZB太阳能燃料研究所的Sebastian Fiechter教授领导的团队现在已经生产并研究了一系列硫化钼层。将样品在不同温度下沉积在基板上,室温至500℃。层的形态和结构随着沉积温度的增加而变化(参见透射电子显微镜(TEM)图像)。虽然在较高温度下形成结晶区域,但在室温下沉积的硫化钼是无定形的。

由无定形硫化钼制成的催化剂不仅在水的电解过程中释放氢气,而且在初始阶段也释放硫化氢气体。用于此的硫必须来自催化剂材料本身,并且令人惊讶地 - 该方法显着提高了硫化钼的催化活性。Fiechter和他的团队现在已经仔细研究了这一点,并正在为他们的发现提出解释。

他们研究了使用各种光谱方法(包括原位拉曼光谱)在水分解中用作催化剂的无定形硫化钼样品。这些测量表明,由于硫从钼簇中逸出,在无定形硫化钼样品中随时间形成二硫化钼(MoS2)的纳米晶区域。同时,产生越来越少的硫化氢,因此氢产生占主导地位。

“我们可以从数据中推断出由于硫逃逸而形成纳米晶MoS2岛的低硫区域。这些岛充当催化活性颗粒,”Fanxing Xi解释说,她将测量结果作为她博士工作的一部分。 。“这些见解有助于进一步提高这种有前途的催化剂在水分解过程中产氢的催化活性和稳定性,并将材料与仅在阳光下工作的电解槽相结合,”Fiechter说。