Výzkumníci představili novou strategii pro zvýšení katalytické aktivity pomocí suboxidu wolframu jako katalyzátoru s jedním atomem (SAC). Tato strategie, která významně zlepšuje reakci evoluce vodíku (HER) v kovové platině (pt) 16,3krát, vrhá světlo na vývoj nových technologií elektrochemických katalyzátorů.

Vodík byl nabízen jako slibná alternativa k fosilním palivům. Většina konvenčních průmyslových metod výroby vodíku však přichází s ekologickými problémy, protože uvolňuje značné množství oxidu uhličitého a skleníkových plynů.

Elektrochemické dělení vody je považováno za potenciální přístup k výrobě čistého vodíku. Pt je jedním z nejčastěji používaných katalyzátorů pro zlepšení výkonu HER při elektrochemickém štěpení vody, ale vysoká cena a nedostatek Pt zůstávají klíčovými překážkami pro masové komerční aplikace.

SAC, kde jsou všechny druhy kovů jednotlivě dispergovány na požadovaném nosném materiálu, byly identifikovány jako jeden způsob, jak snížit množství použití Pt, protože nabízejí maximální počet povrchově exponovaných atomů Pt.

Výzkumný tým KAIST vedený profesorem Jinwoo Lee z katedry chemického a biomolekulárního inženýrství, inspirovaný dřívějšími studiemi, které se zaměřovaly především na SAC podporované materiály na bázi uhlíku, zkoumal vliv podpůrných materiálů na výkon SAC.

Profesor Lee a jeho výzkumníci navrhli mezoporézní suboxid wolframu jako nový nosný materiál pro atomově rozptýlenou Pt, protože se očekávalo, že poskytne vysokou elektronovou vodivost a bude mít synergický efekt s Pt.

Porovnávali výkonnost jednoatomového Pt podporovaného uhlíkem a suboxidem wolframu. Výsledky ukázaly, že k podpůrnému efektu došlo u suboxidu wolframu, ve kterém byla hmotnostní aktivita jednoatomového Pt podporovaného suboxidem wolframu 2,1krát větší než u jednoatomového Pt podporovaného uhlíkem a 16,3krát vyšší než u Pt. nanočástice podporované uhlíkem.

Tým naznačil změnu v elektronické struktuře Pt prostřednictvím přenosu náboje ze suboxidu wolframu na Pt. Tento jev byl hlášen jako výsledek silné interakce kov-nosič mezi Pt a suboxidem wolframu.

HER výkon lze zlepšit nejen změnou elektronické struktury podporovaného kovu, ale také vyvoláním dalšího podpůrného efektu, přelévacího efektu, uvedla výzkumná skupina. Přelévání vodíku je jev, kdy adsorbovaný vodík migruje z jednoho povrchu na druhý a dochází k němu snadněji, když se velikost Pt zmenšuje.

Vědci porovnávali výkon jednoatomových nanočástic Pt a Pt podporovaných suboxidem wolframu. Jednoatomová Pt podporovaná suboxidem wolframu vykazovala vyšší stupeň přelévání vodíku, což zvýšilo hmotnostní aktivitu Pt pro vývoj vodíku až 10,7krát ve srovnání s nanočásticemi Pt podporovanými suboxidem wolframu.

Profesor Lee řekl: „Výběr správného podpůrného materiálu je důležitý pro zlepšení elektrokatalýzy při výrobě vodíku. Katalyzátor suboxidu wolframu, který jsme použili k podpoře Pt v naší studii, naznačuje, že interakce mezi dobře přizpůsobeným kovem a nosičem mohou drasticky zvýšit účinnost procesu.