© Martin Künsting /HZB
Un nuevo instrumento de BESSY II permite estudiar películas delgadas de sulfuro de molibdeno que resultan interesantes como catalizadores para la producción de hidrógeno solar. Un pulso de luz desencadena una transición de fase de la fase semiconductora a la metálica y, por tanto, mejora la actividad catalítica.
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Las películas finas de molibdeno y azufre pertenecen a una clase de materiales que pueden considerarse para su uso como fotocatalizadores. Se necesitan catalizadores baratos como éstos para producir hidrógeno como combustible utilizando la energía solar. Sin embargo, todavía no son muy eficientes como catalizadores. Un nuevo instrumento del BESSY II del Helmholtz-Berlin Zentrum muestra ahora cómo un pulso de luz altera las propiedades de la superficie de la película delgada y activa el material como catalizador.
Las películas delgadas de MoS2, compuestas por capas alternas superpuestas de átomos de molibdeno y azufre, forman una superficie semiconductora bidimensional. Sin embargo, incluso un pulso de luz azul de intensidad sorprendentemente baja es suficiente para alterar las propiedades de la superficie y convertirla en metálica. Así lo ha demostrado ahora un equipo de BESSY II.
Lo más interesante es que las capas de MoS2 en esta fase metálica son también especialmente activas desde el punto de vista catalítico. Así, pueden emplearse, por ejemplo, como catalizadores para la división del agua en hidrógeno y oxígeno. Como catalizadores baratos, podrían facilitar la producción de hidrógeno, un portador de energía cuya combustión no produceCO2, sino sólo agua.
La física Dra. Nomi Sorgenfrei y su equipo han construido un nuevo instrumento en BESSY II para medir con precisión los cambios en las muestras mediante espectroscopia electrónica de resolución temporal para el análisis químico (trESCA) al irradiar las muestras con pulsos de luz ultracortos de baja intensidad. Estos pulsos de luz se generan en BESSY II mediante un corte temporal de femtosegundos (femtoslicing) y, por tanto, son de baja intensidad y de duración extremadamente corta. El nuevo instrumento, denominado SurfaceDynamics@FemtoSpeX, también puede obtener rápidamente mediciones significativas de las energías de los electrones, la química de la superficie y las alteraciones transitorias utilizando estos pulsos de luz de baja intensidad.
El análisis de los datos empíricos demostró que el pulso de luz provoca una acumulación transitoria de carga en la superficie de la muestra, lo que desencadena la transición de fase en la superficie de un estado semiconductor a uno metálico.
"Este fenómeno debería producirse también en otros representantes de esta clase de materiales, los dicalcogenuros semiconductores dopados con p, por lo que abre posibilidades de influir en la funcionalidad y la actividad catalítica de forma deliberada", explica Sorgenfrei.
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