Forskare vid North Carolina State University har visat att en enatoms tjock film av molybdensulfid (MoS ₂ ) kan fungera som en effektiv katalysator för att skapa väte. Arbetet öppnar en ny dörr för produktion av billigt väte.

Väte lovar mycket som energikälla, men produktionen av väte från vattenelektrolys – att befria väte från vatten med elektricitet – bygger för närvarande till stor del på användningen av dyra platinakatalysatorer. Den nya forskningen visar att MoS2 atomtunna filmer också är effektiva katalysatorer för väteproduktion och - även om de inte är lika effektiva som platina - är relativt billiga.

"Vi fann att tjockleken på den tunna filmen är mycket viktig, " säger Dr Linyou Cao, en biträdande professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid NC State och senior författare till en artikel som beskriver arbetet. "En tunn film bestående av ett enda lager av atomer var den mest effektiva, med varje ytterligare lager av atomer gör den katalytiska prestandan ungefär fem gånger sämre."

Effekten av de tunna filmernas tjocklek kom som en överraskning för forskarna, eftersom man länge har trott att katalys normalt sker längs materialets kanter. Eftersom tunna filmer har väldigt liten kant, ' konventionell visdom ansåg att tunna filmer i huvudsak var katalytiskt inaktiva.

Men forskarna upptäckte att ett materials tjocklek är viktig eftersom desto tunnare MoS ₂ tunn film är, ju mer ledande blir den – och desto mer ledande blir den, desto effektivare är den som katalysator.

"Fokus har legat på att skapa katalysatorer med en stor kantsida, " säger Cao. "Vårt arbete indikerar att forskare kanske vill ägna mer uppmärksamhet åt en katalysators konduktivitet."

Cao utvecklade tekniken för att skapa högkvalitativa MoS ₂ tunna filmer i atomär skala 2013. Den nuvarande produktionen av väte från den atomärt tunna filmen drivs av el. Hans team arbetar med att utveckla en soldriven vattenklyvningsenhet som använder MoS ₂ tunna filmer för att skapa väte.