Els investigadors van presentar una nova estratègia per millorar l'activitat catalítica utilitzant subòxid de tungstè com a catalitzador d'un sol àtom (SAC). Aquesta estratègia, que millora significativament la reacció d'evolució d'hidrogen (HER) en platí metàl·lic (pt) en 16,3 vegades, il·lumina el desenvolupament de noves tecnologies de catalitzadors electroquímics.

L'hidrogen s'ha presentat com una alternativa prometedora als combustibles fòssils. Tanmateix, la majoria dels mètodes industrials convencionals de producció d'hidrogen tenen problemes ambientals, alliberant quantitats importants de diòxid de carboni i gasos d'efecte hivernacle.

La divisió electroquímica de l'aigua es considera un enfocament potencial per a la producció d'hidrogen net. El Pt és un dels catalitzadors més utilitzats per millorar el rendiment de l'HER en la divisió electroquímica de l'aigua, però l'alt cost i l'escassetat de Pt segueixen sent obstacles clau per a les aplicacions comercials massives.

Els SAC, on totes les espècies metàl·liques es dispersen individualment en un material de suport desitjat, s'han identificat com una manera de reduir la quantitat d'ús de Pt, ja que ofereixen el màxim nombre d'àtoms de Pt exposats a la superfície.

Inspirat en estudis anteriors, que es van centrar principalment en SAC recolzats per materials basats en carboni, un equip d'investigació KAIST dirigit pel professor Jinwoo Lee del Departament d'Enginyeria Química i Biomolecular va investigar la influència dels materials de suport en el rendiment dels SAC.

El professor Lee i els seus investigadors van suggerir el subòxid de tungstè mesoporós com a nou material de suport per a Pt dispersat atòmicament, ja que s'esperava que proporcionés una alta conductivitat electrònica i tingués un efecte sinèrgic amb Pt.

Van comparar el rendiment del Pt d'un sol àtom suportat pel subòxid de carboni i tungstè respectivament. Els resultats van revelar que l'efecte de suport es va produir amb el subòxid de tungstè, en què l'activitat massiva d'un Pt d'un sol àtom suportat per subòxid de tungstè era 2,1 vegades més gran que la del Pt d'un sol àtom suportat per carboni, i 16,3 vegades superior a la del Pt. nanopartícules suportades per carboni.

L'equip va indicar un canvi en l'estructura electrònica de Pt mitjançant la transferència de càrrega del subòxid de tungstè a Pt. Aquest fenomen es va informar com a resultat d'una forta interacció metall-suport entre Pt i subòxid de tungstè.

El rendiment del HER es pot millorar no només canviant l'estructura electrònica del metall suportat, sinó també induint un altre efecte de suport, l'efecte spillover, va informar el grup de recerca. El vessament d'hidrogen és un fenomen en què l'hidrogen adsorbit migra d'una superfície a una altra, i es produeix més fàcilment a mesura que la mida de Pt es fa més petita.

Els investigadors van comparar el rendiment de les nanopartícules de Pt i Pt d'un sol àtom suportades pel subòxid de tungstè. El Pt d'un sol àtom suportat pel subòxid de tungstè va mostrar un grau més elevat de fenomen de vessament d'hidrogen, que va millorar l'activitat de massa de Pt per a l'evolució d'hidrogen fins a 10, 7 vegades en comparació amb les nanopartícules de Pt suportades pel subòxid de tungstè.

El professor Lee va dir: "Escollir el material de suport adequat és important per millorar l'electrocatàlisi en la producció d'hidrogen. El catalitzador de subòxid de tungstè que hem utilitzat per donar suport a Pt en el nostre estudi implica que les interaccions entre el metall ben combinat i el suport poden millorar dràsticament l'eficiència del procés".