Un nouveau catalyseur pourrait réduire considérablement le coût de production de l'hydrogène, l'un des carburants renouvelables les plus propres. A base de sulfure de molybdène, le catalyseur a été développé par un groupe de l'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, dirigé par Shi Jie Wang.

Le nouveau catalyseur pourrait révolutionner l'utilisation industrielle de la réaction de dégagement d'hydrogène (HER), qui génère de l'hydrogène gazeux en divisant les molécules d'eau. Les catalyseurs les plus efficaces pour HER utilisent des métaux nobles tels que le platine, qui sont prohibitifs pour une production à grande échelle. La production mondiale actuelle d'hydrogène est estimée à 50 millions de tonnes, mais la demande pourrait décoller si les coûts de production peuvent être réduits pour le rendre compétitif en tant que carburant de transport.

"Nous explorons intensivement des catalyseurs fabriqués avec des matériaux abondants sur Terre avec des performances HER comparables aux métaux nobles, " dit Wang.

Le succès de l'équipe est venu quand ils sont tombés sur une nouvelle forme cristalline de sulfure de molybdène, avec composition Mo 6 S 4 .

La structure commune, bisulfure de molybdène (MoS 2 ), s'est d'abord montré prometteur en tant que catalyseur, mais était limité par la faible efficacité de l'adsorption d'hydrogène à la surface. Le transfert de charge électrique, au cœur du processus de catalyse, s'est également avéré lent.

De façon inattendue, les chercheurs ont trouvé MoS 2 la catalyse s'est produite le plus efficacement sur les bords du matériau ou au niveau des défauts du réseau où se trouvaient des électrons non appariés.

Cela a conduit Wang et son équipe à tenter d'introduire MoS 2 défauts en faisant varier le rapport molybdène/soufre. À un ratio particulier, ils ont été surpris de constater que, au lieu d'un MoS défectueux 2 , ils avaient produit un cristal bidimensionnel régulier.

Examen de la structure au microscope à effet tunnel, l'équipe a trouvé une structure en treillis carré faite d'unités répétitives de Mo 6 S 4 — assez différent de MoS 2 structure en treillis hexagonal.

La modélisation de la structure carrée a suggéré que ce serait un catalyseur efficace, car ses caractéristiques étaient plus proches de métaux tels que le platine que le MoS de type semi-conducteur 2 .

Des expériences ont confirmé les performances de Mo 6 S 4 :la tension requise pour entraîner la réaction HER était d'environ 0,1 volt, 50 % inférieur au MoS en treillis défectueux 2 , et proche du platine (~ 0,05 volt).

"Ce n'est pas aussi bon que le platine, mais vu que c'est très bon marché et très stable, Je pense qu'il a un grand potentiel, " a dit Wang.