Forskere præsenterede en ny strategi til at øge den katalytiske aktivitet ved hjælp af wolframsuboxid som en enkeltatomkatalysator (SAC). Denne strategi, som markant forbedrer hydrogenudviklingsreaktionen (HER) i metalplatin (pt) med 16,3 gange, kaster lys over udviklingen af ​​nye elektrokemiske katalysatorteknologier.

Brint er blevet udråbt som et lovende alternativ til fossile brændstoffer. Men de fleste af de konventionelle industrielle brintproduktionsmetoder kommer med miljøproblemer, der frigiver betydelige mængder kuldioxid og drivhusgasser.

Elektrokemisk vandspaltning betragtes som en potentiel tilgang til ren brintproduktion. Pt er en af ​​de mest almindeligt anvendte katalysatorer til at forbedre HER-ydeevnen ved elektrokemisk vandopdeling, men de høje omkostninger og knapheden af ​​Pt er fortsat vigtige hindringer for kommercielle masseanvendelser.

SAC'er, hvor alle metalarter er individuelt spredt på et ønsket bæremateriale, er blevet identificeret som en måde at reducere mængden af ​​Pt-forbrug på, da de tilbyder det maksimale antal overfladeeksponerede Pt-atomer.

Inspireret af tidligere undersøgelser, som hovedsageligt fokuserede på SAC'er understøttet af kulstofbaserede materialer, undersøgte et KAIST-forskerhold ledet af professor Jinwoo Lee fra Institut for Kemi og Biomolekylær Teknik, hvilken indflydelse støttematerialer har på SAC'ers ydeevne.

Professor Lee og hans forskere foreslog mesoporøst wolframsuboxid som et nyt støttemateriale til atomisk dispergeret Pt, da dette forventedes at give høj elektronisk ledningsevne og have en synergetisk effekt med Pt.

De sammenlignede ydeevnen af ​​enkeltatomet Pt understøttet af henholdsvis kulstof og wolframsuboxid. Resultaterne afslørede, at understøtningseffekten forekom med wolframsuboxid, hvor masseaktiviteten af ​​et enkeltatom Pt understøttet af wolframsuboxid var 2,1 gange større end enkeltatom Pt understøttet af kulstof og 16,3 gange højere end Pt. nanopartikler understøttet af kulstof.

Holdet indikerede en ændring i den elektroniske struktur af Pt via ladningsoverførsel fra wolframsuboxid til Pt. Dette fænomen blev rapporteret som et resultat af stærk metal-støtte interaktion mellem Pt og wolfram suboxid.

HER ydeevne kan forbedres ikke kun ved at ændre den elektroniske struktur af det understøttede metal, men også ved at inducere en anden støtteeffekt, afsmitningseffekten, rapporterede forskergruppen. Brintspild er et fænomen, hvor adsorberet brint migrerer fra en overflade til en anden, og det opstår lettere, når Pt-størrelsen bliver mindre.

Forskerne sammenlignede ydeevnen af ​​enkeltatomede Pt- og Pt-nanopartikler understøttet af wolframsuboxid. Det enkeltatomede Pt understøttet af wolframsuboxid udviste en højere grad af hydrogenspillover-fænomen, hvilket forbedrede Pt-masseaktiviteten for hydrogenudvikling op til 10,7 gange sammenlignet med Pt-nanopartikler understøttet af wolframsuboxid.

Professor Lee sagde: "Valg af det rigtige støttemateriale er vigtigt for at forbedre elektrokatalyse i brintproduktion. Wolfram-suboxid-katalysatoren, vi brugte til at understøtte Pt i vores undersøgelse, antyder, at interaktioner mellem det velmatchede metal og støtten drastisk kan øge effektiviteten af ​​processen."