با روش جدید محققان امریکایی می‌توان مولکول‌هایی جدید با شباهت شیمیایی و ساختاری به کاتالیست رایج مولیبدنیت تولید نمود که نوید بخش تولید کاتالیست‌هایی با دانسیته بالای سایت‌های فعال برای جایگزینی با کاتالیست پلاتین گران‌قیمت در فرآیند تولید هیدروژن از آب است.

مولیبدنیت یا همان ماده بلورین دی‌سولفید مولیبدن (MoS2) منبع اصلی استخراج فلز مولیبدن و یکی از رایج‌ترین کاتالیست‌های مورد استفاده در سولفورزدایی نفت و گاز می‌باشد. اما مطالعات اخیر نشان داده است که نانوذرات مولیبدنیت می‌توانند کاتالیست مناسبی برای تولید الکتروشیمیایی و فتوشیمیایی هیدروژن از آب باشند.

اخیراً یک تیم تحقیقاتی مشترک بین دانشگاه برکلی و آزمایشگاه لورنس-برکلی وزارت انرژی امریکا، به سرپرستی دو شیمیدان به نام‌های کریستوفر چانگ و جفری لانگ، توانسته است مولکول جدیدی را سنتز کند که شباهت زیادی به واحدهای مثلثی MoS2 قرارگرفته در گوشه‌های بلور مولیبدنیت دارد. این واحد‌های مثلثی مکان‌هایی هستند که اکثر فعالیت‌های کاتالیستی در آن‌ها اتفاق می‌افتد.

مشابه بسیاری از جامدات معدنی، فعالیت کاتالیستی مولیبدنیت محدود به سایت‌های قرارگرفته روی سطح است و توده ماده نسبتاً بی‌اثر است. محاسبات تئوری انجام شده و تصویربرداری تونلی روبشی با وضوح بالا (HR-STM) از ساختار نانوذرات MoS2، که از سولفیده‌ کردن مولیبدن به دست می‌آید، نشان‌دهنده تشکیل اتصال دی‌سولفید یا واحدهای مثلثی MoS2 در گوشه‌های فعال کاتالیستی کاملاً سولفیده‌ شده در ساختار لایه‌ای می‌باشد. از آن جایی که توده ماده بلورین مولیبدنیت از نظر کاتالیستی نسبتاً بی‌اثر است، با سنتز مولکول‌هایی مشابه ساختار گوشه‌های این ماده، که از نظر کاتالیستی فعال هستند، می‌توان برای ساخت کاتالیست‌های جدید با بازده و قیمت مناسب‌تر استفاده نمود.

مولیبدنیت یکی از موادی است که به وفور در طبیعت وجود دارد و قیمت آن یک‌هفتادم پلاتین است. ولی هنوز برای کاربرد آن مشکلاتی وجود دارد.

تولید مولیبدنیت با دانسیته بالای گوشه‌های مثلثی شکل MoS2 به‌گونه‌ای که قابل پیش بینی باشد بسیار مشکل است. تیم تحقیقاتی برای غلبه بر این مشکل از لیگاند پنتاپیریدیل (PY5Me2) برای سنتز مولکول پایدار MoS2، که در طبیعت یافت نمی‌شود ولی از نظر ساختاری کاملاً شبیه گوشه‌های بلور مولیبدنیت است، استفاده نمود و نشان داد که مولکول سنتزشده می‌تواند لایه‌ای تشکیل دهد که مشابه ایجاد گوشه‌های سولفیدی مولیبدنیت می‌باشد. مولکول‌های سنتزشده در استحصال هیدروژن از آب، حتی از آب خام دریا، کارایی مناسبی از خود نشان دادند.

محاسبات ساختاری اخیر که روی نانوذرات MoS2 انجام شده است نشان می‌دهد که تنها یک‌چهارم از سایت‌های موجود در گوشه‌ها برای تولید هیدروژن استفاده شده‌اند. افزایش تعداد سایت‌های فعال در گوشه‌ها به ازای واحد حجم از طریق تولید نانوساختارهای کوچک‌تر یا تغییر ساختار الکترونی برای افزایش میزان آنتالپی جذب هیدروژن یک چالش مهم در علم نانو به شمار می‌رود.

گفتنی است که نتایج تحقیقات این تیم، که از طرف اداره علوم وزارت انرژی امریکا حمایت مالی شده، در قالب مقاله‌ای در مجله Science به چاپ رسیده است.

منبع:greencarcongress