Navorsers het 'n nuwe strategie aangebied vir die verbetering van katalitiese aktiwiteit deur wolframsuboksied as 'n enkel-atoom katalisator (SAC) te gebruik. Hierdie strategie, wat die waterstof-evolusie-reaksie (HER) in metaalplatinum (pt) met 16,3 keer aansienlik verbeter, werp lig op die ontwikkeling van nuwe elektrochemiese katalisatortegnologieë.

Waterstof is voorgehou as 'n belowende alternatief vir fossielbrandstowwe. Die meeste van die konvensionele industriële waterstofproduksiemetodes kom egter met omgewingskwessies, wat aansienlike hoeveelhede koolstofdioksied en kweekhuisgasse vrystel.

Elektrochemiese watersplitsing word beskou as 'n potensiële benadering vir skoon waterstofproduksie. Pt is een van die mees gebruikte katalisators om HER-prestasie in elektrochemiese watersplitsing te verbeter, maar die hoë koste en skaarsheid van Pt bly sleutelhindernisse vir massa kommersiële toepassings.

SAC's, waar alle metaalspesies individueel op 'n gewenste ondersteuningsmateriaal versprei word, is geïdentifiseer as een manier om die hoeveelheid Pt-gebruik te verminder, aangesien dit die maksimum aantal oppervlak-blootgestelde Pt-atome bied.

Geïnspireer deur vroeëre studies, wat hoofsaaklik gefokus het op SAC's wat deur koolstofgebaseerde materiale ondersteun word, het 'n KAIST-navorsingspan onder leiding van professor Jinwoo Lee van die Departement Chemiese en Biomolekulêre Ingenieurswese die invloed van ondersteuningsmateriaal op die werkverrigting van SAC's ondersoek.

Professor Lee en sy navorsers het mesoporiese wolframsuboksied voorgestel as 'n nuwe ondersteuningsmateriaal vir atoomverspreide Pt, aangesien dit na verwagting hoë elektroniese geleidingsvermoë sou verskaf en 'n sinergetiese effek met Pt sou hê.

Hulle het die werkverrigting van enkelatoom Pt wat onderskeidelik deur koolstof- en wolframsuboksied ondersteun word, vergelyk. Die resultate het aan die lig gebring dat die ondersteuningseffek met wolfraamsuboksied plaasgevind het, waarin die massaaktiwiteit van 'n enkelatoom Pt wat deur wolfraamsuboksied ondersteun word 2,1 keer groter was as dié van enkelatoom Pt wat deur koolstof ondersteun word, en 16,3 keer hoër as dié van Pt. nanopartikels ondersteun deur koolstof.

Die span het 'n verandering in die elektroniese struktuur van Pt aangedui deur ladingoordrag van wolframsuboksied na Pt. Hierdie verskynsel is gerapporteer as gevolg van sterk metaal-ondersteuning interaksie tussen Pt en wolfram suboksied.

HAAR werkverrigting kan nie net verbeter word deur die elektroniese struktuur van die ondersteunde metaal te verander nie, maar ook deur 'n ander ondersteuningseffek, die oorloopeffek, te veroorsaak, het die navorsingsgroep berig. Waterstofoorloop is 'n verskynsel waar geadsorbeerde waterstof van een oppervlak na 'n ander migreer, en dit vind makliker plaas soos die Pt-grootte kleiner word.

Die navorsers het die prestasie van enkel-atoom Pt- en Pt-nanopartikels vergelyk wat deur wolframsuboksied ondersteun word. Die enkel-atoom Pt wat deur wolframsuboksied ondersteun word, het 'n hoër graad van waterstofoorvloeiverskynsel vertoon, wat die Pt-massa-aktiwiteit vir waterstofevolusie tot 10.7 keer verbeter het in vergelyking met Pt-nanopartikels wat deur wolframsuboksied ondersteun word.

Professor Lee het gesê: "Die keuse van die regte ondersteuningsmateriaal is belangrik vir die verbetering van elektrokatalise in waterstofproduksie. Die wolfram-suboksied-katalisator wat ons gebruik het om Pt in ons studie te ondersteun, impliseer dat interaksies tussen die goed ooreenstemmende metaal en ondersteuning die doeltreffendheid van die proses drasties kan verbeter.”