Os investigadores presentaron unha nova estratexia para mellorar a actividade catalítica usando subóxido de wolframio como catalizador dun só átomo (SAC). Esta estratexia, que mellora significativamente a reacción de evolución de hidróxeno (HER) no metal platino (pt) en 16,3 veces, arroxa luz sobre o desenvolvemento de novas tecnoloxías de catalizadores electroquímicos.

O hidróxeno foi promocionado como unha alternativa prometedora aos combustibles fósiles. Non obstante, a maioría dos métodos convencionais de produción de hidróxeno industrial veñen con problemas ambientais, liberando cantidades significativas de dióxido de carbono e gases de efecto invernadoiro.

A división electroquímica da auga considérase un enfoque potencial para a produción de hidróxeno limpo. O Pt é un dos catalizadores máis utilizados para mellorar o rendemento de HER na división electroquímica da auga, pero o alto custo e a escaseza do Pt seguen sendo obstáculos fundamentais para as aplicacións comerciais masivas.

Os SAC, onde todas as especies metálicas están dispersas individualmente nun material de soporte desexado, identificáronse como unha forma de reducir a cantidade de uso de Pt, xa que ofrecen o número máximo de átomos de Pt expostos á superficie.

Inspirado en estudos anteriores, que se centraron principalmente nos SAC apoiados en materiais a base de carbono, un equipo de investigación KAIST dirixido polo profesor Jinwoo Lee do Departamento de Enxeñaría Química e Biomolecular investigou a influencia dos materiais de apoio no rendemento dos SAC.

O profesor Lee e os seus investigadores suxeriron o subóxido de wolframio mesoporoso como un novo material de soporte para o Pt disperso atómicamente, xa que se esperaba que proporcionase unha alta condutividade electrónica e tivese un efecto sinérxico co Pt.

Compararon o rendemento do Pt dun só átomo soportado por carbono e subóxido de volframio, respectivamente. Os resultados revelaron que o efecto de soporte ocorreu co subóxido de volframio, no que a actividade de masa dun só átomo de Pt soportado por subóxido de volframio era 2,1 veces maior que a do Pt dun só átomo soportado por carbono, e 16,3 veces maior que a do Pt. nanopartículas soportadas por carbono.

O equipo indicou un cambio na estrutura electrónica do Pt mediante a transferencia de carga do subóxido de volframio ao Pt. Este fenómeno foi reportado como resultado da forte interacción metal-soporte entre Pt e subóxido de wolframio.

O seu rendemento pódese mellorar non só cambiando a estrutura electrónica do metal apoiado, senón tamén inducindo outro efecto de apoio, o efecto derrame, segundo informou o grupo de investigación. O derrame de hidróxeno é un fenómeno no que o hidróxeno adsorbido migra dunha superficie a outra, e ocorre máis facilmente a medida que o tamaño do Pt se fai máis pequeno.

Os investigadores compararon o rendemento de nanopartículas de Pt e Pt dun só átomo soportadas polo subóxido de volframio. O Pt dun só átomo soportado por subóxido de volframio mostrou un maior grao de fenómeno de derrame de hidróxeno, o que mellorou a actividade da masa de Pt para a evolución de hidróxeno ata 10,7 veces en comparación coas nanopartículas de Pt soportadas polo subóxido de volframio.

O profesor Lee dixo: "Escoller o material de apoio adecuado é importante para mellorar a electrocatálise na produción de hidróxeno. O catalizador de subóxido de wolframio que utilizamos para soportar Pt no noso estudo implica que as interaccións entre o metal ben combinado e o soporte poden mellorar drasticamente a eficiencia do proceso.