kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2025-3(19)-63kaz44-2060Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ (ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ)CHEMICAL TECHNOLOGY (ORIGINAL ARTICLE)СТАБИЛЬНОСТЬ КАТАЛИЗАТОРОВ В ПРОЦЕССЕ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДАSTABILITY OF CATALYSTS IN THE PROCESS OF PHOTOCATALYTIC HYDROGEN PRODUCTIONhttps://orcid.org/0000-0003-4336-3920МылтықбаеваЖ. К.MyltykbaevaZh. K.

Жаннур Каденовна Мылтыкбаева – к.х.н., Ассоциированный профессор, заведующей лабораторией исследования и комплексного анализа горючих  ископаемых и продуктов их переработки научно-исследовательского института новых химических технологий и материалов

050040, Республика Казахстан, Алматы, пр. Аль-Фараби, 71

Zhannur Kadenovna Myltykbayeva – PhD, Associate Professor, Head of the Laboratory for Research and Comprehensive Analysis of Fossil Fuels and Products of Their Processing at the Scientific Research Institute for New Chemical Technologies and Materials

050040, Republic of Kazakhstan, Almaty, 71 Al-Farabi Avenue

jannur81@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1139-5488МұқталыД.MuktalyD.

Динара Мұқталы – PhD, ведущий научный сотрудник научно-исследовательского института новых химических технологий и материалов

050040, Республика Казахстан, Алматы, пр. Аль-Фараби, 71

Dinara Muktaly – PhD, Leading Researcher at Scientific Research Institute for New Chemical Technologies and Materials

050040, Republic of Kazakhstan, Almaty, 71 Al-Farabi Avenue

dinara.muktaly@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8273-0020ИманбаевЕ. И.ImanbayevY. I.

Ержан Иманбаевич Иманбаев ‒ PhD, Ассоциированный профессор, ведущий научный сотрудник 

Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Богенбай батыра, 172 

Yerzhan Imanbaiuly Imanbayev ‒ PhD, Associate Professor, Leading Researcher

Republic of Kazakhstan, Almaty, 172 Bogenbay Batyr Street

erzhan.imanbayev@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1489-9603АбылайханА.AbylaikhanA.

Акерке Абылайхан – к.х.н., ведущий научный сотрудник научно-исследовательского института новых химических технологий и материалов

050040, Республика Казахстан, Алматы, пр. Аль-Фараби, 71

Akerke Abylaykhan – PhD, Leading Researcher at Scientific Research Institute for New Chemical Technologies and Materials

 050040, Republic of Kazakhstan, Almaty, 71 Al-Farabi Avenue 

akerkeabylaikhan2@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-2209-1209МусабаеваБ. Х.MussabayevaB.

Бинур Мусабаева – к.х.н., профессор

Республика Казахстан, г. Астана, проспект Кабанбай батыра, 8 

Binur Mussabayeva – PhD, Professor

Republic of Kazakhstan, Astana, Kabanbay Batyr Avenue, 8 

mussabayevabinur@gmail.comКазахский национальный университет имени аль-ФарабиКазахстанAl-Farabi Kazakh National UniversityKazakhstanИнститут проблем горенияКазахстанInstitute of Combustion ProblemsKazakhstanМеждународный университет АстанаКазахстанAstana International UniversityKazakhstan20250311202503(19)564573Copyright © Мылтықбаева Ж.К., Мұқталы Д., Иманбаев Е.И., Абылайхан А., Мусабаева Б.Х., 20252025Мылтықбаева Ж.К., Мұқталы Д., Иманбаев Е.И., Абылайхан А., Мусабаева Б.Х.Myltykbaeva Z.K., Muktaly D., Imanbayev Y.I., Abylaikhan A., Mussabayeva B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tech.vestnik.shakarim.kz/jour/article/view/2060

Данное исследование направлено на повышение эффективности и стабильности катализаторов, содержащих молибден (Mo) и вольфрам (W), в процессе фотокаталитического получения водорода. Изучены их структурные, электронные, оптические и каталитические свойства. Разработка недорогих и активных катализаторов для производства «зеленого» водорода является одной из важнейших задач в области энергетики и экологии современности. В ходе работы катализаторы на основе MoS₂ и WOx были синтезированы гидротермальным методом и подвергнуты термической обработке при различных температурах. Их структурные, морфологические и оптические характеристики были всесторонне исследованы с использованием современных методов, таких как спектроскопия Рамана и UV-Vis. Реакции получения водорода проводились с использованием специально созданного солнечного симулятора, по результатам которых была оценена фотокаталитическая активность и стабильность катализаторов. Наиболее высокую активность и стабильность показал образец MoS-A320, обеспечивший выход водорода 83 мл/ч·г и сохранивший 93% активности после пяти циклов. Эти показатели сопоставимы с эффективностью платиновых катализаторов. В то же время катализаторы на основе WOx продемонстрировали сравнительно низкую активность. Результаты исследования показали, что параметры синтеза и условия термической обработки существенно влияют на свойства катализаторов на основе Mo и W. Данная работа представляет собой важный шаг на пути разработки эффективных, стабильных и доступных катализаторов для систем «зеленой» энергетики и водного электролиза. Исследование открывает новые возможности для проектирования недорогих и эффективных катализаторов на основе Mo и W.

This study focuses on enhancing the efficiency and stability of catalysts containing molybdenum (Mo) and tungsten (W) in the process of photocatalytic hydrogen production. Their structural, electronic, optical, and catalytic properties were thoroughly investigated. The development of low-cost and active catalysts for green hydrogen production is one of the key challenges in modern energy and environmental science. In this work, MoS₂- and WOx-based catalysts were synthesized via a hydrothermal method and subjected to thermal treatment at various temperatures. Their structural, morphological, and optical characteristics were comprehensively analyzed using advanced techniques such as Raman spectroscopy and UV-Vis. Hydrogen production reactions were carried out using a specially designed solar simulator, and the photocatalytic activity and stability of the catalysts were evaluated. The MoS-A320 sample demonstrated the highest hydrogen evolution activity (83 mL/h·g) and maintained 93% of its initial performance after five cycles, which is comparable to that of platinum-based catalysts. In contrast, WOx-based catalysts showed relatively lower activity. The results revealed that synthesis parameters and thermal treatment conditions have a significant influence on the properties of Mo- and W-based catalysts. This study represents an important step toward the development of efficient, stable, and affordable catalysts for green energy systems and water electrolysis. The findings offer new opportunities for designing cost-effective and high-performance Mo- and W-based catalysts.

оксид MoS₂WS₂реакция эволюции водородасульфидизациягетерогенный катализMoS₂ oxideWS₂hydrogen evolution reactionsulfidationelectrocatalystheterogeneous catalysisReferencesKayfeci M. Hydrogen production, Solar hydrogen production / M. Kayfeci, A. Keçebaş, M. Bayat // Elsevier. – 2019. – Р. 45-83.Kayfeci M. Hydrogen production, Solar hydrogen production / M. Kayfeci, A. Keçebaş, M. Bayat // Elsevier. – 2019. – Р. 45-83.Kumar S.S. An overview of water electrolysis technologies for green hydrogen production / S.S. Kumar, H. Lim // Energy reports. – 2022. – № 8. – Р. 13793-13813.Kumar S.S. An overview of water electrolysis technologies for green hydrogen production / S.S. Kumar, H. Lim // Energy reports. – 2022. – № 8. – Р. 13793-13813.Recent advancement and assessment of green hydrogen production technologies / B.S. Zainal et al // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2024. – № 189. – Р. 113941.Recent advancement and assessment of green hydrogen production technologies / B.S. Zainal et al // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2024. – № 189. – Р. 113941.Solvothermal synthesis of metallic 1T-WS2: a supporting co-catalyst on carbon nitride nanosheets toward photocatalytic hydrogen evolution / J. Yi et al // Chem. Eng. J. – 2018. – № 335. – Р. 282-289. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.10.125.Solvothermal synthesis of metallic 1T-WS2: a supporting co-catalyst on carbon nitride nanosheets toward photocatalytic hydrogen evolution / J. Yi et al // Chem. Eng. J. – 2018. – № 335. – Р. 282-289. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.10.125.One-step synthesis of MoS2/WS2 layered heterostructures and catalytic activity of defective transition metal dichalcogenide films / J.M. Woods et al // ACS Nano. – 2016. – № 10. – Р. 2004-2009. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b06126.One-step synthesis of MoS2/WS2 layered heterostructures and catalytic activity of defective transition metal dichalcogenide films / J.M. Woods et al // ACS Nano. – 2016. – № 10. – Р. 2004-2009. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b06126.Supercritical CO2-assisted reverse-micelle-induced solution-phase fabrication of two-dimensional metallic 1T-MoS2 and 1T-WS2 / X. Tong et al // ChemNanoMat. – 2017. – № 3. – Р. 466-471. https://doi.org/10.1002/cnma.201700011.Supercritical CO2-assisted reverse-micelle-induced solution-phase fabrication of two-dimensional metallic 1T-MoS2 and 1T-WS2 / X. Tong et al // ChemNanoMat. – 2017. – № 3. – Р. 466-471. https://doi.org/10.1002/cnma.201700011.Hydrothermal synthesis of stable metallic 1T phase WS2 nanosheets for thermoelectric application / М. Piao et al // Nanotechnology. – 2017. – № 29. – Р. 025705. https://doi.org/10.1088/1361-6528/aa9bfe.Hydrothermal synthesis of stable metallic 1T phase WS2 nanosheets for thermoelectric application / М. Piao et al // Nanotechnology. – 2017. – № 29. – Р. 025705. https://doi.org/10.1088/1361-6528/aa9bfe.Stable metallic 1T-WS2 nanoribbons intercalated with ammonia ions: the correlation between structure and electrical/optical properties / Q. Liu et al // Adv. Mater. – 2015. – № 27. – Р. 4837-4844. https://doi.org/10.1002/adma.201502134.Stable metallic 1T-WS2 nanoribbons intercalated with ammonia ions: the correlation between structure and electrical/optical properties / Q. Liu et al // Adv. Mater. – 2015. – № 27. – Р. 4837-4844. https://doi.org/10.1002/adma.201502134.Highly effective visible-light-induced H2 generation by single-layer 1T-MoS2 and a nanocomposite of few-layer 2H-MoS2 with heavily nitrogenated graphene / U. Maitra et al // Angew. Chem. Int. Ed. – 2013. – № 52. – Р. 13057-13061. https://doi.org/10.1002/anie.201306918.Highly effective visible-light-induced H2 generation by single-layer 1T-MoS2 and a nanocomposite of few-layer 2H-MoS2 with heavily nitrogenated graphene / U. Maitra et al // Angew. Chem. Int. Ed. – 2013. – № 52. – Р. 13057-13061. https://doi.org/10.1002/anie.201306918.Amorphous molybdenum sulfide as highly efficient electron-cocatalyst for enhanced photocatalytic H2 evolution / Н. Yu et al // Appl. Catal. B. – 2016. – № 193. – Р. 217-225. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.04.028.Amorphous molybdenum sulfide as highly efficient electron-cocatalyst for enhanced photocatalytic H2 evolution / Н. Yu et al // Appl. Catal. B. – 2016. – № 193. – Р. 217-225. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.04.028.Assembling metallic 1T-MoS2 nanosheets with inorganic-ligand stabilized quantum dots for exceptional solar hydrogen evolution / X.B. Li et al // Chem. Commun. – 2017. – № 53. – Р. 5606-5609. https://doi.org/10.1039/C7CC02366A.Assembling metallic 1T-MoS2 nanosheets with inorganic-ligand stabilized quantum dots for exceptional solar hydrogen evolution / X.B. Li et al // Chem. Commun. – 2017. – № 53. – Р. 5606-5609. https://doi.org/10.1039/C7CC02366A.Wafer-Scale Oxygen-Doped MoS2 Monolayer / Z. Wei et al // Small Methods. – 2021. – № 5. – Р. 2100091.Wafer-Scale Oxygen-Doped MoS2 Monolayer / Z. Wei et al // Small Methods. – 2021. – № 5. – Р. 2100091.1T-MoS2 Coordinated Bimetal Atoms as Active Centers to Facilitate Hydrogen Generation / Q. Peng et al // Materials. – 2021. – № 14. – Р. 4073.1T-MoS2 Coordinated Bimetal Atoms as Active Centers to Facilitate Hydrogen Generation / Q. Peng et al // Materials. – 2021. – № 14. – Р. 4073.Effect of O2 Plasma Modification on the Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction of MoS2 / C. Zhang et al // J. Catal. – 2018. – № 361. – Р. 384-392, https://doi.org/10.1016/j.jcat.2018.03.018.Effect of O2 Plasma Modification on the Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction of MoS2 / C. Zhang et al // J. Catal. – 2018. – № 361. – Р. 384-392, https://doi.org/10.1016/j.jcat.2018.03.018.Boosting Hydrogen Evolution on MoS2 via Co-Confining Selenium in Surface and Cobalt in Inner Layer / Z. Zheng et al // Nat. Commun. – 2020. – № 11. – Р. 3315. https://doi.org/10.1038/s41467-020-17199-0.Boosting Hydrogen Evolution on MoS2 via Co-Confining Selenium in Surface and Cobalt in Inner Layer / Z. Zheng et al // Nat. Commun. – 2020. – № 11. – Р. 3315. https://doi.org/10.1038/s41467-020-17199-0.Zamharir S.G. Laser-assisted tunable optical nonlinearity in liquid-phase exfoliated MoS2 dispersion / S.G. Zamharir, R. Karimzadeh, S.H. Aboutalebi // Appl. Phys. A 124. – 2018. – Р. 692.Zamharir S.G. Laser-assisted tunable optical nonlinearity in liquid-phase exfoliated MoS2 dispersion / S.G. Zamharir, R. Karimzadeh, S.H. Aboutalebi // Appl. Phys. A 124. – 2018. – Р. 692.In Situ Raman Spectroscopy of H2 Gas Interaction with Layered M / J. Zhen Ou et al // J. Phys. Chem. – 2011. – C 115. – Р. 10757-10763.In Situ Raman Spectroscopy of H2 Gas Interaction with Layered M / J. Zhen Ou et al // J. Phys. Chem. – 2011. – C 115. – Р. 10757-10763.Optical signature of symmetry variations and spin-valley coupling in atomically thin tungsten dichalcogenides / Н. Zeng et al // Sci Rep. – 2013. – № 3. – Р. 1608.Optical signature of symmetry variations and spin-valley coupling in atomically thin tungsten dichalcogenides / Н. Zeng et al // Sci Rep. – 2013. – № 3. – Р. 1608.Parthibavarman M. Role of Microwave on Structural, Morphological, Optical and Visible Light Photocatalytic Performance of WO3 Nanostructures / M. Parthibavarman, M. Karthik, S. Prabhakaran // J Cluster Sci. – 2019. – № 30.– Р. 495-506.Parthibavarman M. Role of Microwave on Structural, Morphological, Optical and Visible Light Photocatalytic Performance of WO3 Nanostructures / M. Parthibavarman, M. Karthik, S. Prabhakaran // J Cluster Sci. – 2019. – № 30.– Р. 495-506.Synthesis and mixed conductivity of ammonium tungsten bronze with tunneling structures / L. Huo et al // Solid State Sci. – 2004. – № 6. – Р. 679-688.Synthesis and mixed conductivity of ammonium tungsten bronze with tunneling structures / L. Huo et al // Solid State Sci. – 2004. – № 6. – Р. 679-688.Photochromic hierarchical (NH₄)xWO₃ nanocrystals with bronze tunnel structure for energysaving windows / X. Dong et al // Chem. Eng. J. – 2023. – № 477. – Р. 147064.Photochromic hierarchical (NH₄)xWO₃ nanocrystals with bronze tunnel structure for energysaving windows / X. Dong et al // Chem. Eng. J. – 2023. – № 477. – Р. 147064.Temperature-tuned band gap properties of MoS2 thin films Materials Letters / О. Surucu et al. – V. 275. – 2020. – Р. 128080.Temperature-tuned band gap properties of MoS2 thin films Materials Letters / О. Surucu et al. – V. 275. – 2020. – Р. 128080.Temperature effect on structural, morphological and optical properties of 2D-MoS2 layers: An experimental and theoretical study. Zaineb Jlidi et al // Optik. V. 228. – 2021. – Р. 166166.Temperature effect on structural, morphological and optical properties of 2D-MoS2 layers: An experimental and theoretical study. Zaineb Jlidi et al // Optik. V. 228. – 2021. – Р. 166166.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.