npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562926010367NSLVPWnpe-597Research ArticleМатериалы и технология для новых источников энергииMaterials and Technologies for New Sources of EnergyСТРУКТУРА И ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДНОГО КАТОДА С НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫМ ТОНКОПЛЕНОЧНЫМ ПОКРЫТИЕМ MOSX/WS2/WSE2 ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДАSTRUCTURE AND PHOTOCATALYTIC PROPERTIES OF CARBON CATHODE WITH NANOSTRUCTURED THIN-FILM MOSX/WS2/WSE2 COATING FOR HYDROGEN PRODUCTIONРубинковскаяО. В.RubinkovskayaO. V.ФоминскийД. В.FominskiD. V.РомановР. И.RomanovR. I.ФоминскийВ. Ю.FominskiV. Yu.Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”РоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian Federation2026160420261713743Copyright © Рубинковская О.В., Фоминский Д.В., Романов Р.И., Фоминский В.Ю., 20262026Рубинковская О.В., Фоминский Д.В., Романов Р.И., Фоминский В.Ю.Rubinkovskaya O.V., Fominski D.V., Romanov R.I., 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/597

Разработка и применение многослойных полупроводниковых каталитических наноструктур на основе халькогенидов переходных металлов (ХПМ), обладающих заданной энергетической зонной структурой, представляет собой перспективное направление в водородной отрасли. Электрические поля в контактной области гетеропереходов способствуют разделению и ускоренному переносу неравновесных свето-индуцированных носителей в объеме фотоактивного материала нанокатализаторов. В работе исследована наноструктура и фотокаталитические свойства двухступенчатых гетероструктур MoS2/WS2/WSe2, полученных методом импульсного лазерного осаждения. Достигнуто существенное увеличение фототока в гетероструктуре по сравнению с фотокатодами на основе отдельных пленок, входящих в состав гетероструктуры. Применение высоко информативных методов анализа (просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения, Рамановская спектроскопия), а также квантово-химические расчеты методом функционала плотности позволили выявить факторы, способные оказывать важное влияние на функциональные характеристики созданной гетероструктуры.

Development and application of multilayer semiconductor catalytic nanostructures based on transition metal chalcogenides with a given energy band structure is a promising direction in the hydrogen industry. Electric fields in the contact region of heterojunctions promote separation and accelerated transfer of nonequilibrium light-induced carriers in the volume of photoactive material of nanocatalysts. The paper studies the nanostructure and photocatalytic properties of two-stage MoS2/WS2/WSe2 heterostructures obtained by pulsed laser deposition. A significant increase in the photocurrent in the heterostructure was achieved compared to photocathodes based on individual films included in the heterostructure. The use of highly informative analysis methods (high-resolution transmission electron microscopy, Raman spectroscopy), as well as quantum-chemical calculations using the density functional theory method, allowed us to identify factors that can have an important effect on the functional characteristics of the created heterostructure.

халькогениды переходных металловимпульсное лазерное осаждениекаталитически активные участкиреакция выделение водородаDFTtransition metal chalcogenidespulsed laser depositioncatalytically active siteshydrogen evolution reactionDFTИсследование выполнено при финансовой поддерж- ке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках госзадания на НИР (проект FSWU-2023-0070).ReferencesGrigoriev S.N., Fominski V.Yu., Romanov R.I., Volosova M.A., Shelyakov A.V. // Thin Solid Films. 2015. V. 592. P. 175–182. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2015.09.024Grigoriev S.N., Fominski V.Yu., Romanov R.I., Volosova M.A., Shelyakov A.V. // Thin Solid Films. 2015. V. 592. P. 175–182. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2015.09.024Taberna P.L., Barros Barbosa J., Balocchi A., Gerber I., Urita K., Barnabé A., Marie X., Chane-Ching J.Y. // J. Chem. Engin. 2021. V. 424. P. 130433. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130433Taberna P.L., Barros Barbosa J., Balocchi A., Gerber I., Urita K., Barnabé A., Marie X., Chane-Ching J.Y. // J. Chem. Engin. 2021. V. 424. P. 130433. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130433Yu X., Prevot M.S., Guijarro N., Sivula K. // Nature Commun. 2015. V. 6. P. 7596. https://doi.org/10.1038/ncomms8596Yu X., Prevot M.S., Guijarro N., Sivula K. // Nature Commun. 2015. V. 6. P. 7596. https://doi.org/10.1038/ncomms8596Nevolin V.N., Rubinkovskaya O.V., Fominski D.V., Romanov R.I., Fominski V.Yu. // Inorg. Mater.: Appl. Res. 2024. V. 15 (2). P. 251–258. https://doi.org/10.1134/S2075113324020345Nevolin V.N., Rubinkovskaya O.V., Fominski D.V., Romanov R.I., Fominski V.Yu. // Inorg. Mater.: Appl. Res. 2024. V. 15 (2). P. 251–258. https://doi.org/10.1134/S2075113324020345Bonomo M., Dini D. // Energies. 2016. V. 9. P. 373. https://doi.org/10.3390/en9050373Bonomo M., Dini D. // Energies. 2016. V. 9. P. 373. https://doi.org/10.3390/en9050373Fominski V., Fominski D., Demin M., Romanov R., Goikhman A. // Nanomaterials. 2023. V. 13. P. 1122. https://doi.org/10.3390/nano1306112Fominski V., Fominski D., Demin M., Romanov R., Goikhman A. // Nanomaterials. 2023. V. 13. P. 1122. https://doi.org/10.3390/nano1306112Zhang Y., Liu X., Wang Z., Li H., Chen J. // J. Mater. Chem. A. 2020. V. 8. P. 6957–6983. https://doi.org/10.1039/D0TA00556HZhang Y., Liu X., Wang Z., Li H., Chen J. // J. Mater. Chem. A. 2020. V. 8. P. 6957–6983. https://doi.org/10.1039/D0TA00556HLin L., Xing S., Huo J., Zou G., Sheng X., Liu L., Zhou Y.N. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019. V. 11 (9). P. 9326–9332. https://doi.org/10.1021/acsami.8b20860Lin L., Xing S., Huo J., Zou G., Sheng X., Liu L., Zhou Y.N. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019. V. 11 (9). P. 9326–9332. https://doi.org/10.1021/acsami.8b20860Scott G.I., Lionti K., Volksen W., Magbitang T.P., Matsuda Y., Dauskardt H.R., Dubois G. // Nature Mater. 2016. V. 15. P. 294–298. https://doi.org/10.1038/nmat4475Scott G.I., Lionti K., Volksen W., Magbitang T.P., Matsuda Y., Dauskardt H.R., Dubois G. // Nature Mater. 2016. V. 15. P. 294–298. https://doi.org/10.1038/nmat4475Kinz-Thompson C.D., Palma M., Pulukkunat D.K., Chenet D., Hone J., Wind S.J., Gonzalez R.L. // ACS Nano. 2013. V. 7 (9). P. 8158–8166. https://doi.org/10.1021/nn403447sKinz-Thompson C.D., Palma M., Pulukkunat D.K., Chenet D., Hone J., Wind S.J., Gonzalez R.L. // ACS Nano. 2013. V. 7 (9). P. 8158–8166. https://doi.org/10.1021/nn403447sAralekallu S., Lokesh K.S., Singh V. // Fuel. 2024. V. 357. P. 129753. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.129753Aralekallu S., Lokesh K.S., Singh V. // Fuel. 2024. V. 357. P. 129753. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.129753

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