Amorphe Molybdänsulfidkatalysatoren zur elektrochemischen Wasserstoffproduktion: Einblicke in den Ursprung ihrer katalytischen Aktivität

Wir präsentieren eine skalierbare nasschemische Synthese für ein katalytisch aktives, nanostrukturiertes, amorphes Molybdänsulfidmaterial. Der Katalysatorfilm gehört zu den aktivsten nicht-edelmetallischen Materialien zur elektrochemischen Wasserstoffentwicklung und zieht 10 mA/cm2 bei ∼200 mV Überpotential. Um die aktive Phase des Materials zu identifizieren, führen wir eine Röntgen-Photoelektronenspektroskopie nach Tests unter verschiedenen Bedingungen durch. In der abgelagerten Form ähnelt der Katalysator amorphem MoS3, aber unter Reaktionsbedingungen entstehen Bereiche, die in Zusammensetzung und chemischem Zustand MoS2 ähneln und zur hohen elektrochemischen Aktivität dieses Materials beitragen könnten. Die Aktivität skaliert mit der elektrochemisch aktiven Oberfläche, was darauf hindeutet, dass auch die raue, nanostrukturierte Katalysatormorphologie erheblich zur hohen Aktivität des Films beiträgt. Tests zur elektrochemischen Stabilität zeigen, dass der Katalysator während des langfristigen Betriebs hochaktiv bleibt. Das Überpotential, das erforderlich ist, um eine Stromdichte von 10 mA/cm2 zu erreichen, steigt nach 10.000 reduktiven Potentialzyklen um nur 57 mV. Unser verbessertes Verständnis dieses hochaktiven amorphen Molybdänsulfid-Wasserstoffentwicklungs-Katalysators könnte die Entwicklung wirtschaftlicher elektrochemischer Wasserstoffproduktionssysteme erleichtern.