A kutatók új stratégiát mutattak be a katalitikus aktivitás fokozására, wolfram-szuboxid mint egyatomos katalizátor (SAC) használatával. Ez a stratégia, amely jelentősen, 16,3-szor javítja a hidrogénfejlődési reakciót (HER) fémplatinában (pt), rávilágít az új elektrokémiai katalizátortechnológiák fejlesztésére.

A hidrogént a fosszilis tüzelőanyagok ígéretes alternatívájaként hirdették. A legtöbb hagyományos ipari hidrogéntermelési módszer azonban környezetvédelmi problémákkal jár, jelentős mennyiségű szén-dioxidot és üvegházhatású gázokat bocsát ki.

Az elektrokémiai vízhasítás a tiszta hidrogéntermelés lehetséges megközelítésének tekinthető. A Pt az egyik leggyakrabban használt katalizátor a HER teljesítményének javítására az elektrokémiai vízhasításban, de a Pt magas költsége és szűkössége továbbra is fő akadálya a tömeges kereskedelmi alkalmazásoknak.

A Pt-felhasználás csökkentésének egyik módjaként azonosították a SAC-ket, ahol az összes fémfajtát egyenként diszpergálják a kívánt hordozóanyagon, mivel ezek kínálják a felületnek kitett Pt atomok maximális számát.

Korábbi tanulmányok ihlette, amelyek főként a szénalapú anyagokkal támogatott SAC-kra összpontosítottak, a KAIST kutatócsoport, Jinwoo Lee professzor vezetésével, a Kémiai és Biomolekuláris Mérnöki Tanszékről a hordozóanyagok hatását vizsgálta a SAC-k teljesítményére.

Lee professzor és kutatói a mezopórusos wolfram-szuboxidot javasolták az atomosan diszpergált Pt új hordozóanyagaként, mivel ez várhatóan magas elektromos vezetőképességet biztosít, és szinergikus hatást fejt ki a Pt-val.

Összehasonlították az egyatomos Pt szén- és volfrám-szuboxiddal támogatott teljesítményét. Az eredmények azt mutatták, hogy a támasztóhatás a volfrám-szuboxiddal jelentkezett, amelyben egy wolfram-szuboxiddal támogatott egyatomos Pt tömegaktivitása 2,1-szerese volt a szénhordozós egyatomos Pt-énak, és 16,3-szorosa a Pt-énak. szénnel támogatott nanorészecskék.

A csapat a Pt elektronikus szerkezetének változását jelezte a volfrám-szuboxidról a Pt-re történő töltésátvitel révén. Ezt a jelenséget a Pt és a volfrám-szuboxid közötti erős fémhordozó kölcsönhatás eredményeként jelentették.

A HER teljesítménye nem csak a hordozós fém elektronszerkezetének megváltoztatásával javítható, hanem egy másik támasztó hatás, a spillover hatás kiváltásával is – számolt be a kutatócsoport. A hidrogén spillover egy olyan jelenség, amikor az adszorbeált hidrogén egyik felületről a másikra vándorol, és a Pt méretének csökkenésével könnyebben megtörténik.

A kutatók összehasonlították az egyatomos Pt és Pt nanorészecskék teljesítményét volfrám-szuboxiddal. A volfrám-szuboxiddal támogatott egyatomos Pt nagyobb fokú hidrogén-spillover jelenséget mutatott, ami akár 10,7-szeresére növelte a hidrogénfejlődés Pt-tömegaktivitását a volfrám-szuboxiddal támogatott Pt nanorészecskékhez képest.

Lee professzor azt mondta: „A megfelelő hordozóanyag kiválasztása fontos a hidrogéntermelés elektrokatalízisének javításához. A volfrám-szuboxid katalizátor, amelyet tanulmányunkban a Pt alátámasztására használtunk, azt jelenti, hogy a jól illeszkedő fém és a hordozó közötti kölcsönhatások drasztikusan növelhetik a folyamat hatékonyságát.