Изследователите представиха нова стратегия за подобряване на каталитичната активност, използвайки волфрамов субоксид като едноатомен катализатор (SAC). Тази стратегия, която значително подобрява реакцията на отделяне на водород (HER) в металната платина (pt) с 16,3 пъти, хвърля светлина върху развитието на нови електрохимични каталитични технологии.

Водородът е рекламиран като обещаваща алтернатива на изкопаемите горива. Повечето от конвенционалните промишлени методи за производство на водород обаче идват с екологични проблеми, освобождавайки значителни количества въглероден диоксид и парникови газове.

Електрохимичното разделяне на водата се счита за потенциален подход за производство на чист водород. Pt е един от най-често използваните катализатори за подобряване на ефективността на HER при електрохимично разделяне на водата, но високата цена и недостигът на Pt остават ключови пречки за масовите търговски приложения.

SACs, където всички метални видове са индивидуално диспергирани върху желан поддържащ материал, са идентифицирани като един от начините за намаляване на количеството използване на Pt, тъй като те предлагат максимален брой изложени на повърхността Pt атоми.

Вдъхновен от по-ранни проучвания, които се фокусираха главно върху SACs, поддържани от въглеродни материали, изследователски екип на KAIST, ръководен от професор Jinwoo Lee от катедрата по химическо и биомолекулярно инженерство, изследва влиянието на поддържащите материали върху работата на SACs.

Професор Лий и неговите изследователи предложиха мезопорест волфрамов субоксид като нов поддържащ материал за атомно диспергиран Pt, тъй като се очакваше това да осигури висока електронна проводимост и да има синергичен ефект с Pt.

Те сравняват ефективността на едноатомен Pt, поддържан съответно от въглероден и волфрамов субоксид. Резултатите разкриха, че поддържащият ефект се проявява с волфрамов субоксид, при който масовата активност на едноатомен Pt, поддържан от волфрамов субоксид, е 2,1 пъти по-голяма от тази на едноатомен Pt, поддържан от въглерод, и 16,3 пъти по-висока от тази на Pt наночастици, поддържани от въглерод.

Екипът посочи промяна в електронната структура на Pt чрез прехвърляне на заряд от волфрамов субоксид към Pt. Това явление е докладвано в резултат на силно взаимодействие на метална опора между Pt и волфрамов субоксид.

Нейната ефективност може да бъде подобрена не само чрез промяна на електронната структура на поддържания метал, но и чрез предизвикване на друг поддържащ ефект, ефектът на преливане, съобщи изследователската група. Водородното преливане е явление, при което адсорбираният водород мигрира от една повърхност към друга и това се случва по-лесно, когато размерът на Pt става по-малък.

Изследователите сравняват ефективността на едноатомни Pt и Pt наночастици, поддържани от волфрамов субоксид. Едноатомният Pt, поддържан от волфрамов субоксид, показва по-висока степен на феномен на преливане на водород, което повишава масовата активност на Pt за отделяне на водород до 10,7 пъти в сравнение с наночастиците Pt, поддържани от волфрамов субоксид.

Професор Лий каза: „Изборът на правилния поддържащ материал е важен за подобряване на електрокатализата при производството на водород. Катализаторът от волфрамов субоксид, който използвахме за поддържане на Pt в нашето изследване, предполага, че взаимодействията между добре съчетания метал и опората могат драстично да подобрят ефективността на процеса.