Tutkijat esittelivät uuden strategian katalyyttisen aktiivisuuden parantamiseksi käyttämällä volframisuboksidia yhden atomin katalyyttinä (SAC). Tämä strategia, joka parantaa merkittävästi vetykehitysreaktiota (HER) metalliplatinassa (pt) 16,3 kertaa, valaisee uusien sähkökemiallisten katalyyttitekniikoiden kehitystä.

Vetyä on mainostettu lupaavana vaihtoehtona fossiilisille polttoaineille. Suurin osa tavanomaisista teollisista vedyn tuotantomenetelmistä liittyy kuitenkin ympäristöongelmiin, ja ne vapauttavat merkittäviä määriä hiilidioksidia ja kasvihuonekaasuja.

Sähkökemiallista veden jakamista pidetään mahdollisena lähestymistavana puhtaan vedyn tuotannossa. Pt on yksi yleisimmin käytetyistä katalyyteistä parantamaan HER-suorituskykyä sähkökemiallisessa vedenjakamisessa, mutta Pt:n korkea hinta ja niukkuus ovat edelleen keskeisiä esteitä massakaupallisille sovelluksille.

SAC:t, joissa kaikki metallilajit on yksittäin hajallaan halutulle kantajamateriaalille, on tunnistettu yhdeksi tapaksi vähentää Pt:n käyttöä, koska ne tarjoavat maksimaalisen määrän pinnalle altistuvia Pt-atomeja.

Aiempien tutkimusten innoittamana, jotka keskittyivät pääasiassa hiilipohjaisilla materiaaleilla tukemiin SAC:eihin, KAIST-tutkimusryhmä, jota johti professori Jinwoo Lee kemian ja biomolekyylitekniikan laitokselta, tutki tukimateriaalien vaikutusta SAC:ien suorituskykyyn.

Professori Lee ja hänen tutkijansa ehdottivat mesohuokoista volframisuboksidia uudeksi tukimateriaaliksi atomisesti dispergoituneelle Pt:lle, koska sen odotettiin tarjoavan korkean elektronisen johtavuuden ja sillä on synerginen vaikutus Pt:n kanssa.

He vertasivat yhden atomin Pt:n suorituskykyä hiilen ja volframisuboksidin tukemana. Tulokset paljastivat, että tukivaikutus esiintyi volframisuboksidilla, jossa volframisuboksidin tukeman yksiatomin Pt:n massaaktiivisuus oli 2,1 kertaa suurempi kuin hiilen tukeman yksiatomisen Pt:n massaaktiivisuus ja 16,3 kertaa suurempi kuin Pt:n massaaktiivisuus. hiilen tukemat nanohiukkaset.

Tiimi ilmaisi muutoksen Pt:n elektronisessa rakenteessa varauksensiirron kautta volframisuboksidista Pt:hen. Tämä ilmiö raportoitiin Pt:n ja volframisuboksidin välisen vahvan metalli-kantajavuorovaikutuksen seurauksena.

HER:n suorituskykyä voidaan parantaa paitsi muuttamalla tuetun metallin elektronirakennetta, myös saamalla aikaan toinen tukivaikutus, heijastusvaikutus, tutkimusryhmä raportoi. Vedyn spillover on ilmiö, jossa adsorboitunut vety siirtyy pinnalta toiselle, ja se tapahtuu helpommin Pt-koon pienentyessä.

Tutkijat vertasivat yksiatomisten Pt- ja Pt-nanohiukkasten suorituskykyä volframisuboksidin tukemana. Volframisuboksidin tukemassa yksiatomisessa Pt:ssä oli korkeampi vedyn leviämisilmiö, mikä paransi Pt-massaaktiivisuutta vedyn kehittymiselle jopa 10,7 kertaa verrattuna volframisuboksidin tukemiin Pt-nanohiukkasiin.

Professori Lee sanoi: "Oikean tukimateriaalin valinta on tärkeää vedyn tuotannon sähkökatalyysin parantamiseksi. Pt:n tukemiseen tutkimuksessamme käyttämämme volframisuboksidikatalyytti viittaa siihen, että hyvin yhteensopivan metallin ja kantajan välinen vuorovaikutus voi merkittävästi parantaa prosessin tehokkuutta.