ФОТОКАТАЛИТИКАЛЫҚ СУТЕГІ ТҮЗІЛУ ПРОЦЕСІНДЕГІ КАТАЛИЗАТОРЛАР ТҰРАҚТЫЛЫҒЫ

Бұл зерттеу жұмысы молибден (Mo) және вольфрам (W) элементтерін қамтитын катализаторлардың фотокаталитикалық сутек өндіру процесіндегі тиімділігі мен тұрақтылығын арттыруға бағытталған. Олардың құрылымдық, электрондық, оптикалық, каталитикалық қасиеттері зерттелген. Жасыл сутек өндірісіне арналған арзан әрі белсенді катализаторларды әзірлеу – қазіргі заманғы энергия мен экология саласындағы маңызды міндеттердің бірі. Зерттеу барысында MoS₂ және WOx негізіндегі катализаторлар гидротермиялық әдіспен синтезделіп, әртүрлі температурада термиялық өңдеуден өткізілді. Катализаторлардың құрылымдық, морфологиялық және оптикалық қасиеттері Raman, UV-Vis сияқты заманауи әдістермен жан-жақты сипатталды. Сутек өндіру реакциялары арнайы жасалған күн симуляторы арқылы жүргізіліп, катализаторлардың фотокаталитикалық белсенділігі мен тұрақтылығы бағаланды. Нәтижелерге сәйкес, MoS-A320 үлгісі ең жоғары сутек түзілу белсенділігін (83 мл/сағ·г) және жоғары тұрақтылықты (93%) көрсетті. Бұл көрсеткіш платиналық катализаторлардың тиімділігіне жақын. Сонымен қатар, WOx катализаторлары салыстырмалы түрде төмен белсенділік көрсетті. Зерттеу нәтижелері Mo және W құрамды катализаторлардың қасиеттеріне синтез параметрлері мен термиялық өңдеудің айтарлықтай әсер ететінін көрсетті. Бұл жұмыс жасыл энергетика мен су электролизі жүйелері үшін тиімді, тұрақты және қолжетімді катализаторларды әзірлеу жолындағы маңызды қадам болып табылады. Бұл зерттеу Mo және W негізіндегі арзан, тиімді катализаторларды жобалауға жаңа мүмкіндіктер ұсынады.

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.