Ingeniería molecular y de materiales de fotocátodos derivados con catalizadores de HER soportados por polioxometalato

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La ingeniería molecular de catalizadores eficientes de reacción de evolución de hidrógeno (HER) es crucial para la conversión de energía.
• Los grupos basados en sulfuro de molibdeno ({MoS2}), en particular el núcleo {Mo3S4}, son electrocatalizadores HER prometedores.
• El control de la estructura y la función del catalizador a nivel molecular mejora la actividad catalítica.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo catalizador con mejor rendimiento de HER a través de la ingeniería molecular.
• Investigar los efectos sinérgicos entre los grupos {Mo3S4} y los polioxometalatos {P8W48}.
• Evaluar el rendimiento del catalizador en sistemas fotoelectroquímicos tanto homogéneos como heterogéneos.

Principales métodos:

• Asociación covalente de grupos de {Mo3S4} con POMs redox-activos para formar un conjunto de {Mo3S4}-{P8W48} (tio-POM).
• Experimentos de catálisis homogéneos para estudiar el rendimiento intrínseco de HER.
• Fabricación de dispositivos fotoelectroquímicos heterogéneos utilizando silicio de tipo p microestructurado y inmovilización del cocatalizador tio-POM mediante fundición por gota y incorporación electrostática en películas PEDOT.

Principales resultados:

• El conjunto {Mo3S4}-{P8W48} exhibió un sorprendente efecto sinérgico, lo que condujo a un alto rendimiento HER.
• La estequiometría de {Mo3S4} núcleos por {P8W48} unidad podría ajustarse (2-4 núcleos).
• El conjunto de tio-POM como cocatalizador en silicio alcanzó una densidad de fotocorriente de 10 mA cm-2 a +0,13 V frente a RHE bajo luz solar simulada.
• El fotocátodo modificado por tio-POM/PEDOT produjo H2 a una velocidad de ~100 μmol cm-2 h-1 a 0 V frente a RHE bajo 1 iluminación solar.

Conclusiones:

• El enlace covalente de {Mo3S4} y {P8W48} POM crea un catalizador HER sinérgico altamente eficiente.
• El conjunto {Mo3S4}-{P8W48} demuestra un excelente rendimiento y estabilidad en dispositivos fotoelectroquímicos.
• Este enfoque de ingeniería molecular ofrece una estrategia prometedora para el desarrollo de electrocatalizadores avanzados para la producción de hidrógeno.