Cyflwynodd ymchwilwyr strategaeth newydd ar gyfer gwella gweithgaredd catalytig gan ddefnyddio isocsid twngsten fel catalydd atom sengl (SAC). Mae'r strategaeth hon, sy'n gwella'n sylweddol adwaith esblygiad hydrogen (HER) mewn platinwm metel (pt) 16.3 gwaith, yn taflu goleuni ar ddatblygiad technolegau catalydd electrocemegol newydd.

Cyfeiriwyd at hydrogen fel dewis amgen addawol yn lle tanwydd ffosil. Fodd bynnag, mae'r rhan fwyaf o'r dulliau cynhyrchu hydrogen diwydiannol confensiynol yn dod â materion amgylcheddol, gan ryddhau symiau sylweddol o garbon deuocsid a nwyon tŷ gwydr.

Ystyrir bod hollti dŵr electrocemegol yn ddull posibl o gynhyrchu hydrogen glân. Pt yw un o'r catalyddion a ddefnyddir amlaf i wella perfformiad CAH mewn hollti dŵr electrocemegol, ond mae cost uchel a phrinder Pt yn parhau i fod yn rhwystrau allweddol i gymwysiadau masnachol torfol.

Mae ACA, lle mae pob rhywogaeth o fetel yn cael ei wasgaru'n unigol ar ddeunydd cynnal dymunol, wedi'u nodi fel un ffordd o leihau faint o Pt a ddefnyddir, gan eu bod yn cynnig y nifer uchaf o atomau Pt sy'n agored i'r wyneb.

Wedi'i ysbrydoli gan astudiaethau cynharach, a oedd yn canolbwyntio'n bennaf ar Ardaloedd Cadwraeth Arbennig a gefnogir gan ddeunyddiau carbon, ymchwiliodd tîm ymchwil KAIST dan arweiniad yr Athro Jinwoo Lee o'r Adran Peirianneg Cemegol a Biomoleciwlaidd i ddylanwad deunyddiau cymorth ar berfformiad ACA.

Awgrymodd yr Athro Lee a'i ymchwilwyr isocsid twngsten mesoporous fel deunydd cymorth newydd ar gyfer Pt gwasgaredig atomig, gan fod disgwyl i hyn ddarparu dargludedd electronig uchel a chael effaith synergetig gyda Pt.

Cymharasant berfformiad Pt atom sengl a gefnogir gan isocsid carbon a thwngsten yn y drefn honno. Datgelodd y canlyniadau fod yr effaith gynhaliol wedi digwydd gyda subocsid twngsten, lle roedd gweithgaredd màs Pt atom sengl a gefnogir gan isocsid twngsten 2.1 gwaith yn fwy na Pt atom sengl a gefnogir gan garbon, a 16.3 gwaith yn uwch na Pt. nanoronynnau wedi'u cynnal gan garbon.

Nododd y tîm newid yn strwythur electronig Pt trwy drosglwyddiad gwefr o isocsid twngsten i Pt. Adroddwyd am y ffenomen hon o ganlyniad i ryngweithio cryf â chymorth metel rhwng Pt a subocsid twngsten.

Gellir gwella perfformiad CAH nid yn unig trwy newid strwythur electronig y metel â chymorth, ond hefyd trwy achosi effaith gefnogol arall, yr effaith gorlifo, adroddodd y grŵp ymchwil. Mae gorlifiad hydrogen yn ffenomen lle mae hydrogen arsugnedig yn mudo o un wyneb i'r llall, ac mae'n digwydd yn haws wrth i'r maint Pt fynd yn llai.

Cymharodd yr ymchwilwyr berfformiad nanoronynnau Pt a Pt atom sengl a gefnogir gan isocsid twngsten. Roedd y Pt un-atom a gefnogir gan isocsid twngsten yn arddangos gradd uwch o ffenomen gorlifiad hydrogen, a oedd yn gwella gweithgaredd màs Pt ar gyfer esblygiad hydrogen hyd at 10.7 gwaith o'i gymharu â nanoronynnau Pt a gefnogir gan isocsid twngsten.

Dywedodd yr Athro Lee, “Mae dewis y deunydd cymorth cywir yn bwysig ar gyfer gwella electrocatalysis wrth gynhyrchu hydrogen. Mae’r catalydd isocsid twngsten a ddefnyddiwyd gennym i gefnogi Pt yn ein hastudiaeth yn awgrymu y gall rhyngweithio rhwng y metel a’r cymorth sy’n cydweddu’n dda wella effeithlonrwydd y broses yn sylweddol.”