Istraživači su predstavili novu strategiju za povećanje katalitičke aktivnosti koristeći volfram suboksid kao katalizator s jednim atomom (SAC). Ova strategija, koja značajno poboljšava reakciju evolucije vodonika (HER) u metalnoj platini (pt) za 16,3 puta, baca svjetlo na razvoj novih tehnologija elektrohemijskog katalizatora.

Vodonik se reklamira kao obećavajuća alternativa fosilnim gorivima. Međutim, većina konvencionalnih industrijskih metoda proizvodnje vodika dolazi sa ekološkim problemima, oslobađajući značajne količine ugljičnog dioksida i stakleničkih plinova.

Elektrohemijsko cijepanje vode smatra se potencijalnim pristupom za proizvodnju čistog vodonika. Pt je jedan od najčešće korišćenih katalizatora za poboljšanje performansi HER u elektrohemijskom cepljenju vode, ali visoka cena i nedostatak Pt ostaju ključne prepreke masovnim komercijalnim primenama.

SAC, gdje su sve vrste metala pojedinačno dispergirane na željenom potpornom materijalu, identificirani su kao jedan od načina da se smanji količina upotrebe Pt, jer nude maksimalan broj površinski izloženih atoma Pt.

Inspiriran ranijim studijama, koje su se uglavnom fokusirale na SAC-ove podržane materijalima na bazi ugljika, istraživački tim KAIST-a predvođen profesorom Jinwoo Leejem iz Odsjeka za kemijsko i biomolekularno inženjerstvo istraživao je utjecaj pomoćnih materijala na performanse SAC-a.

Profesor Lee i njegovi istraživači su predložili mezoporozni volfram suboksid kao novi materijal za podršku atomski dispergovanom Pt, jer se očekivalo da će obezbediti visoku elektronsku provodljivost i imati sinergijski efekat sa Pt.

Oni su uporedili performanse jednoatomskog Pt podržanog ugljenikom i volframovim suboksidom. Rezultati su otkrili da se efekat potpore dogodio s volframovim podoksidom, u kojem je masena aktivnost jednoatomskog Pt podržanog volfram suboksidom bila 2,1 puta veća od one jednoatomskog Pt podržanog ugljikom i 16,3 puta veća od one Pt nanočestice podržane ugljenikom.

Tim je ukazao na promjenu elektronske strukture Pt putem prijenosa naboja sa volfram podoksida na Pt. Ova pojava je prijavljena kao rezultat jake interakcije metal-podloga između Pt i volfram suboksida.

HER performanse se mogu poboljšati ne samo promjenom elektronske strukture metala na podu, već i izazivanjem drugog efekta podrške, efekta prelivanja, izvijestila je istraživačka grupa. Prelivanje vodika je fenomen u kojem adsorbirani vodonik migrira s jedne površine na drugu, a događa se lakše kako veličina Pt postaje manja.

Istraživači su uporedili performanse jednoatomskih nanočestica Pt i Pt podržanih volframovim suboksidom. Jednoatomski Pt podržan volframovim suboksidom pokazao je viši stepen fenomena prelivanja vodika, što je povećalo aktivnost mase Pt za evoluciju vodonika do 10,7 puta u poređenju sa nanočesticama Pt podržanim volframovim suboksidom.

Profesor Lee je rekao: „Odabir pravog potpornog materijala važan je za poboljšanje elektrokatalize u proizvodnji vodonika. Volfram suboksidni katalizator koji smo koristili za podršku Pt u našoj studiji implicira da interakcije između dobro usklađenog metala i podloge mogu drastično povećati efikasnost procesa.”