Les chercheurs ont présenté une nouvelle stratégie visant à améliorer l'activité catalytique en utilisant le sous-oxyde de tungstène comme catalyseur à un seul atome (SAC). Cette stratégie, qui améliore considérablement la réaction de dégagement d'hydrogène (HER) dans le métal platine (pt) de 16,3 fois, met en lumière le développement de nouvelles technologies de catalyseurs électrochimiques.

L’hydrogène est présenté comme une alternative prometteuse aux combustibles fossiles. Cependant, la plupart des méthodes industrielles conventionnelles de production d’hydrogène posent des problèmes environnementaux, libérant des quantités importantes de dioxyde de carbone et de gaz à effet de serre.

La division électrochimique de l’eau est considérée comme une approche potentielle pour la production d’hydrogène propre. Le Pt est l'un des catalyseurs les plus couramment utilisés pour améliorer les performances du HER dans la division électrochimique de l'eau, mais le coût élevé et la rareté du Pt restent des obstacles majeurs aux applications commerciales de masse.

Les SAC, dans lesquels toutes les espèces métalliques sont dispersées individuellement sur un matériau de support souhaité, ont été identifiés comme un moyen de réduire la quantité d'utilisation de Pt, car ils offrent le nombre maximum d'atomes de Pt exposés en surface.

Inspirée par des études antérieures, principalement axées sur les SAC supportés par des matériaux à base de carbone, une équipe de recherche KAIST dirigée par le professeur Jinwoo Lee du Département de génie chimique et biomoléculaire a étudié l'influence des matériaux de support sur les performances des SAC.

Le professeur Lee et ses chercheurs ont suggéré le sous-oxyde de tungstène mésoporeux comme nouveau matériau de support pour le platine atomiquement dispersé, car il devrait fournir une conductivité électronique élevée et avoir un effet synergique avec le platine.

Ils ont comparé les performances du platine à un seul atome supporté respectivement par du sous-oxyde de carbone et de tungstène. Les résultats ont révélé que l'effet de support s'est produit avec le sous-oxyde de tungstène, dans lequel l'activité massique d'un atome unique de Pt supporté par le sous-oxyde de tungstène était 2,1 fois supérieure à celle d'un seul atome de Pt supporté par du carbone et 16,3 fois supérieure à celle du Pt. nanoparticules supportées par du carbone.

L’équipe a indiqué un changement dans la structure électronique du Pt via un transfert de charge du sous-oxyde de tungstène vers le Pt. Ce phénomène a été signalé comme le résultat d'une forte interaction métal-support entre le Pt et le sous-oxyde de tungstène.

Les performances de HER peuvent être améliorées non seulement en modifiant la structure électronique du métal supporté, mais également en induisant un autre effet de support, l'effet de débordement, a rapporté le groupe de recherche. Le débordement d’hydrogène est un phénomène dans lequel l’hydrogène adsorbé migre d’une surface à une autre, et il se produit plus facilement à mesure que la taille du Pt diminue.

Les chercheurs ont comparé les performances de nanoparticules de Pt à un seul atome et de nanoparticules de Pt supportées par du sous-oxyde de tungstène. Le Pt à un seul atome supporté par le sous-oxyde de tungstène présentait un degré plus élevé de phénomène de débordement d'hydrogène, ce qui augmentait l'activité massique du Pt pour le dégagement d'hydrogène jusqu'à 10,7 fois par rapport aux nanoparticules de Pt supportées par le sous-oxyde de tungstène.

Le professeur Lee a déclaré : « Le choix du bon matériau de support est important pour améliorer l'électrocatalyse dans la production d'hydrogène. Le catalyseur de sous-oxyde de tungstène que nous avons utilisé pour soutenir le platine dans notre étude implique que les interactions entre le métal bien adapté et le support peuvent considérablement améliorer l'efficacité du processus.