Kredit:American Chemical Society
En ny katalysator kan dramatiskt minska kostnaden för att producera väte, ett av de renaste förnybara bränslena. Baserat på molybdensulfid, katalysatorn utvecklades av en grupp vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, leds av Shi Jie Wang.
Den nya katalysatorn kan revolutionera industriell användning av väteutvecklingsreaktionen (HER), som genererar vätgas genom att spjälka vattenmolekyler. De mest effektiva katalysatorerna för HER använder ädelmetaller som platina, som är oöverkomligt dyra för storskalig produktion. Den nuvarande globala produktionen av väte uppskattas till 50 miljoner ton, men efterfrågan kan ta fart om produktionskostnaderna kan sänkas för att göra det konkurrenskraftigt som transportbränsle.
"Vi undersöker intensivt katalysatorer gjorda av jordnära material med HER-prestanda jämförbara med ädelmetaller, säger Wang.
Teamets framgång kom när de snubblade över en ny kristallin form av molybdensulfid, med komposition Mo 6 S 4 .
Den gemensamma strukturen, molybdendisulfid (MoS 2 ), visade initialt lovande som en katalysator, men var begränsad av den låga effektiviteten av väteadsorbering till ytan. Överföringen av elektrisk laddning - central för katalysprocessen - visade sig också långsam.
Oväntat, forskare hittade MoS 2 katalys skedde mest effektivt vid materialets kanter eller vid brister i gittret där det fanns oparade elektroner.
Detta ledde till att Wang och hans team försökte introducera MoS 2 brister genom att variera förhållandet mellan molybden och svavel. Vid ett visst förhållande blev de förvånade över att finna att, istället för felaktiga MoS 2 , de hade producerat en vanlig tvådimensionell kristall.
Undersöka strukturen med ett scanning tunnelmikroskop, teamet hittade en kvadratisk gitterstruktur gjord av upprepade enheter av Mo 6 S 4 — helt annorlunda än MoS 2 s hexagonala gitterstruktur.
Modellering av den kvadratiska strukturen antydde att det skulle vara en effektiv katalysator, eftersom dess egenskaper låg närmare metaller som platina än den halvledarliknande MoS 2 .
Experiment bekräftade Mo 6 S 4 :spänningen som krävdes för att driva HER-reaktionen var cirka 0,1 volt, 50 procent lägre än MoS med bristfälligt gitter 2 , och närmar sig platina (~0,05 volt).
"Det är inte riktigt lika bra som platina, men med tanke på att det är väldigt billigt och väldigt stabilt, Jag tror att det har stor potential, " sa Wang.
