محققان استراتژی جدیدی برای افزایش فعالیت کاتالیزوری با استفاده از ساب اکسید تنگستن به عنوان یک کاتالیزور تک اتمی (SAC) ارائه کردند. این استراتژی که به طور قابل توجهی واکنش تکامل هیدروژن (HER) در فلز پلاتین (pt) را 16.3 برابر بهبود می بخشد، توسعه فناوری های جدید کاتالیزور الکتروشیمیایی را روشن می کند.

هیدروژن به عنوان جایگزین امیدوارکننده ای برای سوخت های فسیلی معرفی شده است. با این حال، اکثر روش‌های تولید هیدروژن صنعتی متعارف با مسائل زیست‌محیطی همراه هستند و مقادیر قابل‌توجهی دی‌اکسید کربن و گازهای گلخانه‌ای آزاد می‌کنند.

تقسیم آب الکتروشیمیایی یک رویکرد بالقوه برای تولید هیدروژن پاک در نظر گرفته می شود. پلاتین یکی از متداول‌ترین کاتالیزورهایی است که برای بهبود عملکرد HER در تقسیم آب الکتروشیمیایی استفاده می‌شود، اما هزینه بالا و کمیاب پلاتین همچنان موانع کلیدی برای کاربردهای تجاری انبوه است.

SAC ها، که در آن همه گونه های فلزی به صورت جداگانه بر روی یک ماده حمایتی مورد نظر پراکنده می شوند، به عنوان یکی از راه های کاهش میزان استفاده از پلاتین شناسایی شده اند، زیرا آنها حداکثر تعداد اتم های پلاتین در معرض سطح را ارائه می دهند.

یک تیم تحقیقاتی KAIST با الهام از مطالعات قبلی، که عمدتاً بر روی SAC های پشتیبانی شده توسط مواد مبتنی بر کربن متمرکز بود، به رهبری پروفسور Jinwoo Lee از دپارتمان مهندسی شیمی و بیومولکولی، تأثیر مواد پشتیبان را بر عملکرد SAC ها بررسی کردند.

پروفسور لی و محققانش ساب اکسید تنگستن مزوپور را به عنوان یک ماده حمایتی جدید برای پلاتین پراکنده اتمی پیشنهاد کردند، زیرا انتظار می رفت این رسانایی الکترونیکی بالایی داشته باشد و اثر هم افزایی با پلاتین داشته باشد.

آنها عملکرد پلاتین تک اتمی را که به ترتیب توسط کربن و تنگستن ساب اکسید پشتیبانی می شود مقایسه کردند. نتایج نشان داد که اثر پشتیبانی با ساب اکسید تنگستن رخ می دهد، که در آن فعالیت جرمی پلاتین تک اتمی که توسط ساب اکسید تنگستن پشتیبانی می شود 2.1 برابر بیشتر از پلاتین تک اتمی که توسط کربن حمایت می شود و 16.3 برابر بیشتر از پلاتین بود. نانو ذرات با حمایت کربن

این تیم تغییر در ساختار الکترونیکی پلاتین را از طریق انتقال بار از ساب اکسید تنگستن به پلاتین نشان داد. این پدیده به عنوان یک نتیجه از برهمکنش قوی فلزی پشتیبانی بین پلاتین و ساب اکسید تنگستن گزارش شد.

گروه تحقیقاتی گزارش داد که عملکرد HER نه تنها با تغییر ساختار الکترونیکی فلز پشتیبانی شده، بلکه با القای یک اثر پشتیبانی دیگر، اثر سرریز، بهبود می یابد. سرریز هیدروژن پدیده ای است که در آن هیدروژن جذب شده از یک سطح به سطح دیگر مهاجرت می کند و با کوچکتر شدن اندازه پلاتین راحت تر اتفاق می افتد.

محققان عملکرد نانوذرات پلاتین تک اتمی و پلاتین را با ساب اکسید تنگستن مقایسه کردند. پلاتین تک اتمی که توسط ساب اکسید تنگستن پشتیبانی می شود، درجه بالاتری از پدیده سرریز هیدروژن را نشان می دهد، که فعالیت جرم پلاتین را برای تکامل هیدروژن تا 10.7 برابر در مقایسه با نانوذرات پلاتین پشتیبانی شده توسط ساب اکسید تنگستن افزایش می دهد.

پروفسور لی گفت: «انتخاب مواد پشتیبانی مناسب برای بهبود الکتروکاتالیز در تولید هیدروژن مهم است. کاتالیزور سابوکسید تنگستن که ما برای حمایت از پلاتین در مطالعه خود استفاده کردیم، نشان می‌دهد که فعل و انفعالات بین فلزی که به خوبی تطبیق داده شده و پشتیبانی می‌تواند کارایی فرآیند را به شدت افزایش دهد.