Los investigadores presentaron una nueva estrategia para mejorar la actividad catalítica utilizando subóxido de tungsteno como catalizador de un solo átomo (SAC). Esta estrategia, que mejora significativamente la reacción de evolución de hidrógeno (HER) en platino metálico (pt) en 16,3 veces, arroja luz sobre el desarrollo de nuevas tecnologías de catalizadores electroquímicos.

El hidrógeno ha sido promocionado como una alternativa prometedora a los combustibles fósiles. Sin embargo, la mayoría de los métodos industriales convencionales de producción de hidrógeno conllevan problemas medioambientales, ya que liberan cantidades importantes de dióxido de carbono y gases de efecto invernadero.

La división electroquímica del agua se considera un enfoque potencial para la producción limpia de hidrógeno. El Pt es uno de los catalizadores más utilizados para mejorar el rendimiento de HER en la división electroquímica del agua, pero el alto costo y la escasez de Pt siguen siendo obstáculos clave para las aplicaciones comerciales masivas.

Los SAC, donde todas las especies metálicas se dispersan individualmente en un material de soporte deseado, se han identificado como una forma de reducir la cantidad de uso de Pt, ya que ofrecen la cantidad máxima de átomos de Pt expuestos en la superficie.

Inspirándose en estudios anteriores, que se centraron principalmente en SAC soportados por materiales a base de carbono, un equipo de investigación de KAIST dirigido por el profesor Jinwoo Lee del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular investigó la influencia de los materiales de soporte en el rendimiento de los SAC.

El profesor Lee y sus investigadores sugirieron el subóxido de tungsteno mesoporoso como un nuevo material de soporte para el Pt atómicamente disperso, ya que se esperaba que proporcionara una alta conductividad electrónica y tuviera un efecto sinérgico con el Pt.

Compararon el rendimiento del Pt de un solo átomo soportado por subóxido de carbono y tungsteno, respectivamente. Los resultados revelaron que el efecto de soporte se produjo con subóxido de tungsteno, en el que la actividad de masa de un Pt de un solo átomo soportado por subóxido de tungsteno fue 2,1 veces mayor que la del Pt de un solo átomo soportado por carbono, y 16,3 veces mayor que la del Pt. nanopartículas soportadas por carbono.

El equipo indicó un cambio en la estructura electrónica del Pt mediante la transferencia de carga del subóxido de tungsteno al Pt. Este fenómeno se informó como resultado de una fuerte interacción metal-soporte entre el Pt y el subóxido de tungsteno.

El rendimiento de HER se puede mejorar no sólo cambiando la estructura electrónica del metal soportado, sino también induciendo otro efecto de soporte, el efecto de desbordamiento, informó el grupo de investigación. El desbordamiento de hidrógeno es un fenómeno en el que el hidrógeno adsorbido migra de una superficie a otra y ocurre más fácilmente a medida que el tamaño del Pt se vuelve más pequeño.

Los investigadores compararon el rendimiento de Pt de un solo átomo y nanopartículas de Pt soportadas por subóxido de tungsteno. El Pt de un solo átomo soportado por subóxido de tungsteno exhibió un mayor grado de fenómeno de desbordamiento de hidrógeno, lo que mejoró la actividad masiva del Pt para la evolución de hidrógeno hasta 10,7 veces en comparación con las nanopartículas de Pt soportadas por subóxido de tungsteno.

El profesor Lee dijo: “Elegir el material de soporte adecuado es importante para mejorar la electrocatálisis en la producción de hidrógeno. El catalizador de subóxido de tungsteno que utilizamos para soportar el Pt en nuestro estudio implica que las interacciones entre el metal bien combinado y el soporte pueden mejorar drásticamente la eficiencia del proceso”.