शोधकर्ताओं ने एकल-परमाणु उत्प्रेरक (एसएसी) के रूप में टंगस्टन सबऑक्साइड का उपयोग करके उत्प्रेरक गतिविधि को बढ़ाने के लिए एक नई रणनीति प्रस्तुत की। यह रणनीति, जो धातु प्लैटिनम (पीटी) में हाइड्रोजन इवोल्यूशन रिएक्शन (एचईआर) को 16.3 गुना बेहतर बनाती है, नई इलेक्ट्रोकेमिकल उत्प्रेरक प्रौद्योगिकियों के विकास पर प्रकाश डालती है।

हाइड्रोजन को जीवाश्म ईंधन के एक आशाजनक विकल्प के रूप में देखा गया है। हालाँकि, अधिकांश पारंपरिक औद्योगिक हाइड्रोजन उत्पादन विधियाँ पर्यावरणीय मुद्दों के साथ आती हैं, जिससे महत्वपूर्ण मात्रा में कार्बन डाइऑक्साइड और ग्रीनहाउस गैसें निकलती हैं।

स्वच्छ हाइड्रोजन उत्पादन के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल जल विभाजन को एक संभावित दृष्टिकोण माना जाता है। इलेक्ट्रोकेमिकल जल विभाजन में उसके प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए Pt सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले उत्प्रेरकों में से एक है, लेकिन Pt की उच्च लागत और कमी बड़े पैमाने पर व्यावसायिक अनुप्रयोगों के लिए प्रमुख बाधा बनी हुई है।

एसएसी, जहां सभी धातु प्रजातियों को वांछित समर्थन सामग्री पर व्यक्तिगत रूप से फैलाया जाता है, को पीटी उपयोग की मात्रा को कम करने के एक तरीके के रूप में पहचाना गया है, क्योंकि वे सतह पर उजागर पीटी परमाणुओं की अधिकतम संख्या प्रदान करते हैं।

पहले के अध्ययनों से प्रेरित होकर, जो मुख्य रूप से कार्बन-आधारित सामग्रियों द्वारा समर्थित एसएसी पर केंद्रित थे, रसायन और बायोमोलेक्युलर इंजीनियरिंग विभाग के प्रोफेसर जिनवू ली के नेतृत्व में एक केएआईएसटी शोध दल ने एसएसी के प्रदर्शन पर समर्थन सामग्रियों के प्रभाव की जांच की।

प्रोफेसर ली और उनके शोधकर्ताओं ने परमाणु रूप से फैले हुए पीटी के लिए एक नई सहायक सामग्री के रूप में मेसोपोरस टंगस्टन सबऑक्साइड का सुझाव दिया, क्योंकि इससे उच्च इलेक्ट्रॉनिक चालकता प्रदान करने और पीटी के साथ एक सहक्रियात्मक प्रभाव होने की उम्मीद थी।

उन्होंने क्रमशः कार्बन और टंगस्टन सबऑक्साइड द्वारा समर्थित एकल-परमाणु पीटी के प्रदर्शन की तुलना की। परिणामों से पता चला कि समर्थन प्रभाव टंगस्टन सबऑक्साइड के साथ हुआ, जिसमें टंगस्टन सबऑक्साइड द्वारा समर्थित एकल-परमाणु पीटी की द्रव्यमान गतिविधि कार्बन द्वारा समर्थित एकल-परमाणु पीटी की तुलना में 2.1 गुना अधिक थी, और पीटी की तुलना में 16.3 गुना अधिक थी। कार्बन द्वारा समर्थित नैनोकण।

टीम ने टंगस्टन सबऑक्साइड से पीटी में चार्ज ट्रांसफर के माध्यम से पीटी की इलेक्ट्रॉनिक संरचना में बदलाव का संकेत दिया। यह घटना पीटी और टंगस्टन सबऑक्साइड के बीच मजबूत धातु-समर्थन संपर्क के परिणामस्वरूप बताई गई थी।

अनुसंधान समूह ने बताया कि न केवल समर्थित धातु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना को बदलकर, बल्कि एक अन्य समर्थन प्रभाव, स्पिलओवर प्रभाव को प्रेरित करके भी उसके प्रदर्शन में सुधार किया जा सकता है। हाइड्रोजन स्पिलओवर एक ऐसी घटना है जहां अधिशोषित हाइड्रोजन एक सतह से दूसरी सतह पर स्थानांतरित हो जाता है, और यह अधिक आसानी से होता है क्योंकि पीटी आकार छोटा हो जाता है।

शोधकर्ताओं ने टंगस्टन सबऑक्साइड द्वारा समर्थित एकल-परमाणु पीटी और पीटी नैनोकणों के प्रदर्शन की तुलना की। टंगस्टन सबऑक्साइड द्वारा समर्थित एकल-परमाणु पीटी ने उच्च स्तर की हाइड्रोजन स्पिलओवर घटना का प्रदर्शन किया, जिसने टंगस्टन सबऑक्साइड द्वारा समर्थित पीटी नैनोकणों की तुलना में हाइड्रोजन विकास के लिए पीटी द्रव्यमान गतिविधि को 10.7 गुना तक बढ़ा दिया।

प्रोफेसर ली ने कहा, “हाइड्रोजन उत्पादन में इलेक्ट्रोकैटलिसिस में सुधार के लिए सही सहायक सामग्री चुनना महत्वपूर्ण है। हमने अपने अध्ययन में पीटी का समर्थन करने के लिए जिस टंगस्टन सबऑक्साइड उत्प्रेरक का उपयोग किया, उसका तात्पर्य है कि अच्छी तरह से मेल खाने वाली धातु और समर्थन के बीच बातचीत प्रक्रिया की दक्षता में काफी वृद्धि कर सकती है।