Des catalyseurs efficaces et peu coûteux seront nécessaires pour la production d'hydrogène à partir de la lumière du soleil. Les sulfures de molybdène sont considérés comme de bons candidats. Une équipe du HZB a maintenant expliqué quels processus se déroulent dans les sulfures de molybdène pendant la catalyse et pourquoi le sulfure de molybdène amorphe fonctionne le mieux. Les résultats ont été publiés dans la revue Catalyse ACS .

La lumière du soleil peut non seulement être utilisée pour produire de l'électricité, mais aussi de l'hydrogène. L'hydrogène est un carburant climatiquement neutre qui stocke l'énergie chimiquement et la restitue en cas de besoin, soit directement par combustion (où seule de l'eau est produite) ou sous forme d'énergie électrique dans une pile à combustible. Mais pour produire de l'hydrogène à partir du soleil, des catalyseurs sont nécessaires pour accélérer la décomposition électrolytique de l'eau en oxygène et en hydrogène.

Une classe particulièrement intéressante de matériaux de catalyse pour la génération d'hydrogène sont les sulfures de molybdène (MoS X ). Ils sont considérablement moins chers que les catalyseurs en platine ou en ruthénium. Dans une étude approfondie, une équipe dirigée par le professeur Sebastian Fiechter de l'Institut HZB pour les combustibles solaires a maintenant produit et étudié une série de couches de sulfure de molybdène. Les échantillons ont été déposés à différentes températures sur un substrat, de la température ambiante à 500 °C. La morphologie et la structure des couches changent avec l'augmentation de la température de dépôt (voir les images de microscopie électronique à transmission (MET)). Alors que les régions cristallines se forment à des températures plus élevées, le sulfure de molybdène déposé à température ambiante est amorphe. C'est précisément ce sulfure de molybdène amorphe déposé à température ambiante qui a l'activité catalytique la plus élevée.

Un catalyseur fait de sulfure de molybdène amorphe libère non seulement de l'hydrogène lors de l'électrolyse de l'eau, mais aussi du sulfure d'hydrogène gazeux en phase initiale. Le soufre pour cela devait provenir du matériau catalyseur lui-même, et, étonnamment, ce procédé améliore considérablement l'activité catalytique du sulfure de molybdène. Fiechter et son équipe ont maintenant examiné cela de près et proposent une explication de leurs conclusions.

Ils ont étudié des échantillons de sulfure de molybdène amorphe utilisés comme catalyseurs dans la séparation de l'eau à l'aide de diverses méthodes spectroscopiques, y compris la spectroscopie Raman in situ. Ces mesures montrent que les régions nanocristallines du bisulfure de molybdène (MoS 2 ) se forment au fil du temps dans les échantillons de sulfure de molybdène amorphe à la suite de la fuite de soufre des amas de molybdène. À la fois, de moins en moins d'hydrogène sulfuré est produit, de sorte que la production d'hydrogène devient dominante.

"Nous pouvons déduire des données que les zones à faible teneur en soufre avec des îlots de MoS nanocristallin 2 forme à la suite de la fuite de soufre. Les îlots agissent comme des particules catalytiquement actives, " explique Fanxing Xi, qui a effectué les mesures dans le cadre de son travail de doctorat.

"Ces informations peuvent contribuer à améliorer encore l'activité catalytique et la stabilité de ce catalyseur prometteur pour la génération d'hydrogène dans le processus de fractionnement de l'eau, et coupler le matériau à un électrolyseur fonctionnant uniquement à la lumière du soleil, " dit Fiechter.