npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562924060344CBUQJGnpe-422Research ArticleМатериалы и технология для новых источников энергииMaterials and Technologies for New Sources of EnergyСРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАТАЛИТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ПЛЕНОК MOSX В РЕАКЦИИ ВЫДЕЛЕНИЯ ВОДОРОДА НА ФОТОКАТОДЕ С ГЕТЕРОПЕРЕХОДОМ MOSX/WSE2COMPARATIVE CHARACTERISTICS OF CATALYTICALLY ACTIVE MOSX FILMS IN THE HYDROGEN EVOLUTION REACTION ON A MOSX/WSE2 HETEROJUNCTION PHOTOCATHODEРубинковскаяО. В.RubinkovskayaO. V.ovrubinkovskaya@mephi.ruРомановР. И.RomanovR. I.ФоминскийД. В.FominskiD. V.НеволинВ. Н.NevolinV. N.ЦзянХ.JiangH.ФоминскийВ. Ю.FominskiV. Yu.Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”РоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian FederationНаньчанский авиационный университетКитайNanchang Hangkong UniversityChina2025080120251615662Copyright © Рубинковская О.В., Романов Р.И., Фоминский Д.В., Неволин В.Н., Цзян Х., Фоминский В.Ю., 20252025Рубинковская О.В., Романов Р.И., Фоминский Д.В., Неволин В.Н., Цзян Х., Фоминский В.Ю.Rubinkovskaya O.V., Romanov R.I., Fominski D.V., Nevolin V.N., Jiang H., Fominski V.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/422

В последние годы метод импульсного лазерного осаждения (ИЛО) привлекает все больше внимания, как перспективный способ формирования катализаторов для улучшения их эффективности в различных областях применения. Одной из актуальных задач является простой и контролируемый синтез материалов на основе халькогенидов переходных металлов (в частности, MoSx), способных проявлять повышенную каталитическую активность в реакции выделения. В работе путем варьирования лазерного флюенса и давления буферного газа созданы пленки MoSx, различающиеся химическим состоянием на фотоактивном слое WSe2. Определены режимы осаждения пленок, в результате которых получены каталитические слои с минимальным содержанием субстехиометрических состояний, ответственных за смещение уровня Ферми ко дну запрещенной зоны. Объединив экспериментальные результаты по измерению фототоков и расчеты методом DFT определены каталитически активные участки поверхности пленок MoSx.

Method of pulsed laser deposition (PLD) has attracted increasing attention as a promising approach for optimizing catalysts to enhance their efficiency in various applications. One of the current challenges is the simple and controllable synthesis of materials based on transition metal chalcogenides (in particular, MoSx), which can exhibit an increased electrocatalytic activity in the hydrogen evolution reaction. Changes in the chemical states of sulfur and molybdenum as a result of photo-electrochemical tests are studied in this work. By varying the laser fluence and buffer gas pressure, deposition regimes have been determined, resulting in catalytic layers with minimal sub-stoichiometric states, which are responsible for shifting the Fermi level to the conduction band edge. Combining experimental results and DFT calculations, catalytically active sites on the film surfaces have been identified.

импульсное лазерное осаждениехалькогениды переходных металловреакция выделение водородакластерыкаталитически активные участкиpulsed laser depositiontransition metal chalcogenideshydrogen evolution reactionclusterscatalytically active sitesРабота выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках госзадания на НИР (проект FSWU-2023-0070).ReferencesLi B., Jiang L., Li X., Cheng Z., Ran P., Zuo P., Qu L., Zhang J., Lu Y. // Adv. Funct. Mater. 2019. V. 29. P. 1806229. https://doi.org/10.1002/adfm.201806229Li B., Jiang L., Li X., Cheng Z., Ran P., Zuo P., Qu L., Zhang J., Lu Y. // Adv. Funct. Mater. 2019. V. 29. P. 1806229. https://doi.org/10.1002/adfm.201806229Laursen A., Kegnæs S., Dahl S., Chorkendorff I. // Energy Environ. Sci. 2012. V. 5. P. 557. https://doi.org/10.1039/C2EE02618JLaursen A., Kegnæs S., Dahl S., Chorkendorff I. // Energy Environ. Sci. 2012. V. 5. P. 557. https://doi.org/10.1039/C2EE02618JMathankumar M., Balasubramanian S., Hasin P., Lin J-Y. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 60. P. 668–687. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.02.170Mathankumar M., Balasubramanian S., Hasin P., Lin J-Y. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 60. P. 668–687. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.02.170Romanov R., Fominski V., Demin M., Fominski D., Rubinkovskaya O., Novikov S., Volkov V., Doroshina N. // Hydrogen Evolution. Nanomater. 2021. V. 11. P. 1461. https://doi.org/10.3390/nano11061461Romanov R., Fominski V., Demin M., Fominski D., Rubinkovskaya O., Novikov S., Volkov V., Doroshina N. // Hydrogen Evolution. Nanomater. 2021. V. 11. P. 1461. https://doi.org/10.3390/nano11061461Baker M. A., Gilmore R., Lenardi C., Gissler W. // Appl. Surf. Sci. 1999. V. 150. P. 255–262. https://doi.org/10.1016/S0169-4332(99)00253-6Baker M. A., Gilmore R., Lenardi C., Gissler W. // Appl. Surf. Sci. 1999. V. 150. P. 255–262. https://doi.org/10.1016/S0169-4332(99)00253-6Krbal M. et al. // ACS Appl. Nano Mater. 2021. V. 4 (9). P. 8834–8844. https://doi.org/10.1021/acsanm.1c01504Krbal M. et al. // ACS Appl. Nano Mater. 2021. V. 4 (9). P. 8834–8844. https://doi.org/10.1021/acsanm.1c01504Lee D. H., Sim Y., Wang J., Kwon S.-Y. // APL Mater. 2020. V. 8. P. 030901. https://doi.org/10.1063/1.5142601Lee D. H., Sim Y., Wang J., Kwon S.-Y. // APL Mater. 2020. V. 8. P. 030901. https://doi.org/10.1063/1.5142601

The authors declare that there are no conflicts of interest present.