Een team onder leiding van onderzoekers van Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) en Freie Universität Berlin (FUB) heeft voor het eerst in detail aangetoond hoe licht molybdeendisulfidelagen activeert om katalysatoren te worden voor de waterstofevolutie. Hun onderzoek bij BESSY II heeft atomaire processen tot in het femtosecondebereik onthuld. De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Communications.

Molybdeendisulfide is een anorganisch materiaal dat bestaat uit gestapelde lagen molybdeen- en zwavelatomen. Het is een potentieel materiaal voor toepassingen zoals zonnecellen en waterstofproductie, maar het begrijpen van de fundamentele mechanismen van hoe licht molybdeendisulfide activeert is essentieel voor verdere ontwikkeling.

Om deze mechanismen te bestuderen, gebruikte het onderzoeksteam een ​​combinatie van tijdsopgeloste foto-emissiespectroscopie en dichtheidsfunctionaaltheorieberekeningen. Met tijdsopgeloste foto-emissiespectroscopie konden ze de beweging van elektronen in het materiaal volgen terwijl het aan licht werd blootgesteld.

Uit hun onderzoek bleek dat het activeringsproces een complex samenspel omvat tussen verschillende elektronische toestanden en atomaire herschikkingen, en dat licht een voorbijgaande, katalytisch actieve fase van molybdeendisulfide kan induceren.

Hoofdauteur Dr. Johannes Biskupek, HZB en FUB, legt uit:"Onze studie toont het belang aan van de wisselwerking tussen verschillende elektronische toestanden en atomaire herschikkingen bij door licht geïnduceerde katalyse. Wij zijn van mening dat ons werk belangrijke inzichten biedt in de ontwikkeling van nieuwe en meer efficiënte katalysatoren voor diverse toepassingen, waaronder waterstofproductie."

Het werk benadrukt het potentieel van tijdsopgeloste foto-emissiespectroscopie in combinatie met dichtheidsfunctionaaltheorieberekeningen om de mechanismen op atomaire schaal van door licht geactiveerde katalysatoren te bestuderen.