Teadlased esitasid uue strateegia katalüütilise aktiivsuse suurendamiseks, kasutades volfram-suboksiidi üheaatomilise katalüsaatorina (SAC). See strateegia, mis parandab oluliselt vesiniku eraldumise reaktsiooni (HER) metallis plaatina (pt) 16,3 korda, heidab valgust uute elektrokeemiliste katalüsaatorite tehnoloogiate arendamisele.

Vesinikku on reklaamitud kui paljulubavat alternatiivi fossiilkütustele. Enamik tavalisi tööstuslikke vesiniku tootmismeetodeid on aga seotud keskkonnaprobleemidega, vabastades märkimisväärses koguses süsinikdioksiidi ja kasvuhoonegaase.

Elektrokeemilist vee jagamist peetakse potentsiaalseks lähenemisviisiks puhta vesiniku tootmiseks. Pt on üks kõige sagedamini kasutatavaid katalüsaatoreid HER jõudluse parandamiseks elektrokeemilises vee jagamises, kuid Pt kõrge hind ja nappus jäävad massiliste kommertsrakenduste peamiseks takistuseks.

SAC-id, kus kõik metalliliigid on soovitud tugimaterjalile eraldi hajutatud, on tuvastatud kui üks viis Pt kasutamise vähendamiseks, kuna need pakuvad maksimaalset arvu pinnal eksponeeritud Pt-aatomeid.

Inspireerituna varasematest uuringutest, mis keskendusid peamiselt süsinikupõhiste materjalidega toetatud SAC-idele, uuris KAIST-i uurimisrühm, mida juhtis professor Jinwoo Lee keemia- ja biomolekulaarse tehnika osakonnast, tugimaterjalide mõju SAC-ide toimimisele.

Professor Lee ja tema teadlased pakkusid mesopoorset volfram-suboksiidi aatomiliselt hajutatud Pt uue tugimaterjalina, kuna eeldati, et see tagab kõrge elektroonilise juhtivuse ja omab sünergilist efekti Pt-ga.

Nad võrdlesid üheaatomilise Pt jõudlust, mida toetasid vastavalt süsinik ja volfram-suboksiid. Tulemused näitasid, et tugiefekt ilmnes volfram-suboksiidiga, mille puhul volfram-suboksiidiga toetatud üheaatomilise Pt massiaktiivsus oli 2,1 korda suurem kui süsinikuga toetatud üheaatomilisel Pt-l ja 16,3 korda suurem kui Pt-l. nanoosakesed, mida toetab süsinik.

Meeskond näitas muutust Pt elektroonilises struktuuris laengu ülekande kaudu volfram-suboksiidist Pt-le. Sellest nähtusest teatati Pt ja volfram-suboksiidi vahelise tugeva metalli-toe interaktsiooni tulemusena.

HER jõudlust saab parandada mitte ainult toetatud metalli elektroonilise struktuuri muutmisega, vaid ka teise tugiefekti, ülekandumise efekti esilekutsumisega, teatas uurimisrühm. Vesiniku ülekandumine on nähtus, kus adsorbeeritud vesinik migreerub ühelt pinnalt teisele ja see toimub kergemini, kui Pt suurus väheneb.

Uurijad võrdlesid ühe aatomiga Pt ja Pt nanoosakeste jõudlust, mida toetas volfram-suboksiid. Volfram-suboksiidi toetatud üheaatomilisel Pt-l oli suurem vesiniku ülekandumise nähtus, mis suurendas Pt massiaktiivsust vesiniku eraldumisel kuni 10, 7 korda võrreldes volfram-suboksiidiga toetatud Pt-nanoosakestega.

Professor Lee ütles: "Õige tugimaterjali valimine on oluline elektrokatalüüsi parandamiseks vesiniku tootmisel. Volfram-suboksiidkatalüsaator, mida kasutasime oma uuringus Pt toetamiseks, tähendab, et hästi sobitatud metalli ja toe vahelised koostoimed võivad protsessi tõhusust drastiliselt suurendada.