СТАБИЛЬНОСТЬ КАТАЛИЗАТОРОВ В ПРОЦЕССЕ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА

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.

1. Kayfeci M. Hydrogen production, Solar hydrogen production / M. Kayfeci, A. Keçebaş, M. Bayat // Elsevier. – 2019. – Р. 45-83.

2. 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.

3. Recent advancement and assessment of green hydrogen production technologies / B.S. Zainal et al // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2024. – № 189. – Р. 113941.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. Wafer-Scale Oxygen-Doped MoS2 Monolayer / Z. Wei et al // Small Methods. – 2021. – № 5. – Р. 2100091.

13. 1T-MoS2 Coordinated Bimetal Atoms as Active Centers to Facilitate Hydrogen Generation / Q. Peng et al // Materials. – 2021. – № 14. – Р. 4073.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. Optical signature of symmetry variations and spin-valley coupling in atomically thin tungsten dichalcogenides / Н. Zeng et al // Sci Rep. – 2013. – № 3. – Р. 1608.

19. 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.

20. Synthesis and mixed conductivity of ammonium tungsten bronze with tunneling structures / L. Huo et al // Solid State Sci. – 2004. – № 6. – Р. 679-688.

21. Photochromic hierarchical (NH₄)xWO₃ nanocrystals with bronze tunnel structure for energysaving windows / X. Dong et al // Chem. Eng. J. – 2023. – № 477. – Р. 147064.

22. Temperature-tuned band gap properties of MoS2 thin films Materials Letters / О. Surucu et al. – V. 275. – 2020. – Р. 128080.

23. 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.