Les scientifiques de l'Université Rice qui veulent gagner en avance dans la production et le stockage d'énergie rapportent qu'ils l'ont trouvé dans le bisulfure de molybdène.

Le laboratoire Rice du chimiste James Tour a transformé la forme bidimensionnelle du bisulfure de molybdène en un film nanoporeux qui peut catalyser la production d'hydrogène ou être utilisé pour le stockage d'énergie.

Le composé chimique polyvalent classé comme dichalcogénure est inerte le long de ses côtés plats, mais des études antérieures ont déterminé que les bords du matériau sont des catalyseurs très efficaces pour la réaction de dégagement d'hydrogène (HER), un processus utilisé dans les piles à combustible pour extraire l'hydrogène de l'eau.

Tour et ses collègues ont trouvé un moyen rentable de créer des films flexibles du matériau qui maximisent la quantité de bords exposés et ont un potentiel pour une variété d'applications axées sur l'énergie.

La recherche Rice apparaît dans la revue Matériaux avancés .

Le bisulfure de molybdène n'est pas aussi plat que le graphène, la forme d'épaisseur atomique du carbone pur, car il contient à la fois des atomes de molybdène et de soufre. Vu d'en haut, on dirait du graphène, avec des rangées d'hexagones ordonnés. Mais vu de côté, trois couches distinctes sont révélées, avec des atomes de soufre dans leurs propres plans au-dessus et au-dessous du molybdène.

Cette structure cristalline crée un bord plus robuste, et le plus de bord, le mieux pour les réactions catalytiques ou le stockage, Tour dit.

"Une grande partie de la chimie se produit aux bords des matériaux, " dit-il. " Un matériau bidimensionnel est comme une feuille de papier :un grand plat avec très peu de bords. Mais notre matériau est très poreux. Ce que nous voyons dans les images est court, Des plans de 5 à 6 nanomètres et beaucoup de bord, comme si le matériau avait des trous percés de part en part."

Le nouveau film a été créé par Tour et les auteurs principaux Yang Yang, un chercheur postdoctoral; Huilong Fei, un étudiant diplômé; et leurs collègues. Il catalyse la séparation de l'hydrogène de l'eau lorsqu'il est exposé à un courant. "Ses performances en tant que générateur HER sont aussi bonnes que n'importe quelle structure de bisulfure de molybdène jamais vue, et c'est vraiment facile à faire, ", a déclaré la tournée.

Alors que d'autres chercheurs ont proposé des matrices de feuilles de bisulfure de molybdène debout sur le bord, le groupe Rice a adopté une approche différente. D'abord, ils ont fait croître un film d'oxyde de molybdène poreux sur un substrat de molybdène par anodisation à température ambiante, un procédé électrochimique avec de nombreuses utilisations mais traditionnellement utilisé pour épaissir les couches d'oxyde naturel sur les métaux.

Le film a ensuite été exposé à de la vapeur de soufre à 300 degrés Celsius (572 degrés Fahrenheit) pendant une heure. Cela a converti le matériau en bisulfure de molybdène sans endommager sa structure spongieuse nano-poreuse, ils ont rapporté.

Les films peuvent également servir de supercondensateurs, qui stockent l'énergie rapidement sous forme de charge statique et la libèrent en une rafale. Bien qu'elles ne stockent pas autant d'énergie qu'une batterie électrochimique, ils ont une longue durée de vie et sont largement utilisés car ils peuvent fournir beaucoup plus de puissance qu'une batterie. Le laboratoire Rice a construit des supercondensateurs avec les films; dans les épreuves, ils ont conservé 90 pour cent de leur capacité après 10, 000 cycles de charge-décharge et 83 % après 20, 000 cycles.

« Nous voyons l'anodisation comme une voie vers des matériaux pour plusieurs plates-formes dans la prochaine génération d'appareils à énergie alternative, " a déclaré Tour. "Ce pourraient être des piles à combustible, supercondensateurs et batteries. Et nous avons démontré que deux de ces trois sont possibles avec ce nouveau matériau."