Revolutionary Energy Harvesting: Gravity‐Driven Piezocatalysts for Sustainable Hydrogen Production in MoS2@Mo2CTx Systems

材料科学 制氢 生产(经济) 工程物理 可持续能源 能量(信号处理) 纳米技术 可再生能源 电气工程 物理 工程类 量子力学 经济 宏观经济学
作者
Hsun‐Yen Lin,Jyh Ming Wu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (39) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/aenm.202402164
摘要

Abstract Hydrogen (H 2 ) is mainly produced using steam methane reforming, electrolysis, and gasification, which require external energy and special catalysts. A new catalyst by combining MoS 2 nanoflowers (NFs) with metal carbide/nitride nanosheets (Mo 2 CTx MXene) to create a nanosheet bending moment. The MoS 2 @Mo 2 CT x heterostructures achieve a production rate of 1164.8 µmol g −1 h −1 under an application of mechanical force, 4.01 and 3.06 times higher than Mo 2 CTx and MoS 2 alone, due to enhanced charge transfer from MoS 2 's piezoelectricity and Mo 2 CT x 's conductivity. This study introduces a pioneering methodology that harnesses gravitational energy as a continuous mechanical force, simulated using a peristaltic pump, to drive the piezocatalytic hydrogen evolution reaction (HER), achieving a notable hydrogen production rate of 454.1 µmol g −1 over 24 hours and demonstrating a sustained capability for hydrogen generation. The theoretical calculation results validate the piezoelectric potential in water‐flow‐pressure triggered HER systems. The piezocatalytic HER system, assuming powered by the Hoover Dam, will produce 290.9 kmoles of hydrogen per ton daily, equivalent to utilizing 19 150 kWh of energy in the electrocatalytic system. The simulated gravity‐driven water flow using MoS 2 @Mo 2 CT x piezocatalysts for H 2 generation demonstrates superior efficiency by eliminating common thermal energy conversion losses, marking a significant breakthrough in sustainable hydrogen production technologies.
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