La luz del sol no solo puede usarse para generar electricidad, sino también hidrógeno. El hidrógeno es un combustible neutro para el clima que almacena la energía químicamente y la libera de nuevo cuando se necesita, ya sea directamente a través de la combustión (donde solo se produce agua) o como energía eléctrica en una célula de combustible. Pero para producir hidrógeno a partir de la luz solar, se necesitan catalizadores que aceleren la división electrolítica del agua en oxígeno e hidrógeno.

Una clase particularmente interesante de materiales de catálisis para la generación de hidrógeno son los sulfuros de molibdeno (MoSx). Son considerablemente más baratos que los catalizadores hechos de platino o rutenio. En un estudio exhaustivo, un equipo dirigido por el Prof. Dr. Sebastian Fiechter del Instituto HZB para Combustibles Solares ha producido e investigado una serie de capas de sulfuro de molibdeno. Las muestras se depositaron a diferentes temperaturas en un sustrato, desde la temperatura ambiente hasta los 500 °C. La morfología y la estructura de las capas cambian con el aumento de la temperatura de deposición. Mientras que las regiones cristalinas se forman a temperaturas más altas, el sulfuro de molibdeno depositado a temperatura ambiente es amorfo. Es precisamente este sulfuro de molibdeno amorfo depositado a temperatura ambiente el que tiene la mayor actividad catalítica.

Un catalizador hecho de sulfuro de molibdeno amorfo no sólo libera hidrógeno durante la electrólisis del agua, sino también gas de sulfuro de hidrógeno en la fase inicial. El azufre para esto tenía que provenir del propio material del catalizador, y sorprendentemente, este proceso mejora la actividad catalítica del sulfuro de molibdeno de forma considerable. Fiechter y su equipo han estudiado esto de cerca y proponen una explicación para sus hallazgos.

El microscopio muestra sulfato de molibdeno depositado a temperatura ambiente. (Crédito: HZB)

Producción óptima de hidrógeno

Investigaron muestras de sulfuro de molibdeno amorfo utilizadas como catalizadores en la división del agua utilizando varios métodos espectroscópicos, incluida la espectroscopia Raman in situ. Estas mediciones muestran que las regiones nanocristalinas del disulfuro de molibdeno (MoS2) se forman con el paso del tiempo en las muestras de sulfuro de molibdeno amorfo como resultado de la fuga de azufre de las agrupaciones de molibdeno. Al mismo tiempo, cada vez se produce menos sulfuro de hidrógeno, de modo que la producción de hidrógeno pasa a ser dominante.

«Podemos deducir de los datos que las áreas de escaso azufre con islas de MoS2 nanocristalino se forman como resultado de la fuga de azufre. Las islas actúan como partículas catalíticamente activas», explica Fanxing Xi, que realizó las mediciones como parte de su trabajo de doctorado. «Estos conocimientos pueden contribuir a mejorar aún más la actividad catalítica y la estabilidad de este prometedor catalizador para la generación de hidrógeno en el proceso de separación de agua, y a acoplar el material a un electrolizador que funcione únicamente con luz solar», dijo Fiechter.

(Fuente: NCYT Amazings)

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