Een nieuwe katalysator kan de kosten voor de productie van waterstof drastisch verlagen, een van de schoonste hernieuwbare brandstoffen. Op basis van molybdeensulfide, de katalysator is ontwikkeld door een groep van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, geleid door Shi Jie Wang.

De nieuwe katalysator zou een revolutie teweeg kunnen brengen in het industriële gebruik van de waterstofevolutiereactie (HER), die waterstofgas genereert door watermoleculen te splitsen. De meest efficiënte katalysatoren voor HER gebruiken edele metalen zoals platina, die onbetaalbaar zijn voor grootschalige productie. De huidige wereldwijde productie van waterstof wordt geschat op 50 miljoen ton, maar de vraag zou kunnen stijgen als de productiekosten kunnen worden verlaagd om het concurrerend te maken als transportbrandstof.

"We onderzoeken intensief katalysatoren die zijn gemaakt van materialen die overvloedig aanwezig zijn in de aarde met HER-prestaties die vergelijkbaar zijn met edele metalen, " zegt Wang.

Het succes van het team kwam toen ze een nieuwe kristallijne vorm van molybdeensulfide tegenkwamen, met compositie Mo ₆ S ₄ .

De gemeenschappelijke structuur, molybdeendisulfide (MoS ₂ ), toonde aanvankelijk belofte als een katalysator, maar werd beperkt door de lage efficiëntie van waterstof adsorberen aan het oppervlak. De overdracht van elektrische lading - centraal in het katalyseproces - bleek ook traag.

Onverwacht, onderzoekers vonden MoS ₂ katalyse vond het meest efficiënt plaats aan de randen van het materiaal of bij gebreken in het rooster waar ongepaarde elektronen waren.

Dit bracht Wang en zijn team ertoe om MoS . te introduceren ₂ gebreken door de verhouding van molybdeen tot zwavel te variëren. In een bepaalde verhouding waren ze verrast om te ontdekken dat, in plaats van gebrekkige MoS ₂ , ze hadden een regelmatig tweedimensionaal kristal geproduceerd.

De structuur onderzoeken met een scanning tunneling microscoop, het team vond een vierkante roosterstructuur gemaakt van herhalende eenheden van Mo ₆ S ₄ —heel anders dan MoS ₂ zeshoekige roosterstructuur.

Modellering van de vierkante structuur suggereerde dat het een efficiënte katalysator zou zijn, omdat de kenmerken ervan dichter bij metalen zoals platina lagen dan het halfgeleiderachtige MoS ₂ .

Experimenten bevestigden de prestaties van Mo ₆ S ₄ :de spanning die nodig is om de HER-reactie aan te sturen was ongeveer 0,1 volt, 50 procent lager dan defect rooster MoS ₂ , en het naderen van platina (~ 0,05 volt).

"Het is niet zo goed als platina, maar gezien het feit dat het erg goedkoop en erg stabiel is, Ik denk dat het een groot potentieel heeft, ' zei Wang.