Ett team ledd av forskare från Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) och Freie Universität Berlin (FUB) har för första gången i detalj visat hur ljus aktiverar molybdendisulfidlager för att bli katalysatorer för väteutveckling. Deras undersökningar vid BESSY II har avslöjat atomära processer ner till femtosekundintervallet. Resultaten publiceras i Nature Communications.

Molybdendisulfid är ett oorganiskt material som består av staplade lager av molybden och svavelatomer. Det är ett potentiellt material för applikationer som solceller och väteproduktion, men att förstå de grundläggande mekanismerna för hur ljus aktiverar molybdendisulfid är avgörande för vidare utveckling.

För att studera dessa mekanismer använde forskargruppen en kombination av tidsupplöst fotoemissionsspektroskopi och densitetsfunktionella teoriberäkningar. Tidsupplöst fotoemissionsspektroskopi gjorde det möjligt för dem att spåra elektronernas rörelse i materialet när det exponerades för ljus.

Deras undersökningar visade att aktiveringsprocessen involverar ett komplext samspel mellan olika elektroniska tillstånd och atomära omarrangemang, och ljus kan inducera en övergående, katalytiskt aktiv fas av molybdendisulfid.

Huvudförfattaren Dr Johannes Biskupek, HZB och FUB, förklarar:"Vår studie visar vikten av samspelet mellan olika elektroniska tillstånd och atomära omarrangemang i ljusinducerad katalys. Vi tror att vårt arbete ger viktiga insikter i utvecklingen av nya och mer effektiva katalysatorer för olika applikationer, inklusive väteproduktion."

Arbetet belyser potentialen hos tidsupplöst fotoemissionsspektroskopi kombinerat med densitetsfunktionella teoriberäkningar för att studera mekanismerna i atomskala för ljusaktiverade katalysatorer.