En nyopdaget katalysator lover billigere brintproduktion

En ny katalysator kan dramatisk reducere omkostningerne ved at producere brint, et af de reneste vedvarende brændstoffer. Baseret på molybdensulfid, katalysatoren blev udviklet af en gruppe ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, ledet af Shi Jie Wang.

Den nye katalysator kan revolutionere industriel brug af brintudviklingsreaktionen (HER), som genererer hydrogengas ved at splitte vandmolekyler. De mest effektive katalysatorer til HER bruger ædelmetaller som platin, som er uoverkommeligt dyre for storstilet produktion. Den nuværende globale produktion af brint anslås til 50 millioner tons, men efterspørgslen kan tage fart, hvis produktionsomkostningerne kan reduceres for at gøre den konkurrencedygtig som transportbrændstof.

"Vi undersøger intensivt katalysatorer fremstillet med materialer, der er rigelige på jorden, og hendes præstationer kan sammenlignes med ædelmetaller, "siger Wang.

Holdets succes kom, da de faldt over en ny krystallinsk form for molybdensulfid, med sammensætning Mo ₆ S ₄ .

Den fælles struktur, molybdendisulfid (MoS ₂ ), oprindeligt viste løfte som en katalysator, men var begrænset af den lave effektivitet af hydrogenadsorbering til overfladen. Overførslen af ​​elektrisk ladning - central i katalyseprocessen - viste sig også langsom.

Uventet, forskere fandt MoS ₂ katalyse fandt sted mest effektivt ved kanterne af materialet eller ved fejl i gitteret, hvor der var uparede elektroner.

Dette fik Wang og hans team til at forsøge at introducere MoS ₂ fejl ved at variere forholdet mellem molybdæn og svovl. I et bestemt forhold blev de overraskede over at opdage, at i stedet for mangelfuld MoS ₂ , de havde produceret en almindelig todimensionel krystal.

Undersøger strukturen med et scannende tunnelmikroskop, holdet fandt en firkantet gitterstruktur lavet af gentagne enheder af Mo ₆ S ₄ - ganske anderledes end MoS ₂ s sekskantede gitterstruktur.

Modellering af kvadratstrukturen foreslog, at det ville være en effektiv katalysator, da dens egenskaber var tættere på metaller såsom platin end den halvlederlignende MoS ₂ .

Eksperimenter bekræftede ydelsen af ​​Mo ₆ S ₄ :den spænding, der kræves for at drive HER -reaktionen, var omkring 0,1 volt, 50 procent lavere end fejlbehæftet gitter MoS ₂ , og nærmer sig platin (~ 0,05 volt).

"Det er ikke helt så godt som platin, men i betragtning af at det er meget billigt og meget stabilt, Jeg tror, ​​det har et stort potentiale, "Sagde Wang.