Հետազոտողները ներկայացրել են կատալիտիկ ակտիվության բարձրացման նոր ռազմավարություն՝ օգտագործելով վոլֆրամի ենթօքսիդը՝ որպես մեկ ատոմային կատալիզատոր (SAC): Այս ռազմավարությունը, որը զգալիորեն բարելավում է ջրածնի էվոլյուցիոն ռեակցիան (HER) մետաղական պլատինում (pt) 16,3 անգամ, լույս է սփռում նոր էլեկտրաքիմիական կատալիզատորների տեխնոլոգիաների զարգացման վրա։

Ջրածինը համարվում է հանածո վառելիքի հեռանկարային այլընտրանք: Այնուամենայնիվ, արդյունաբերական ջրածնի արտադրության սովորական մեթոդների մեծ մասը կապված է բնապահպանական խնդիրների հետ՝ զգալի քանակությամբ ածխաթթու գազ և ջերմոցային գազեր արտազատելով:

Էլեկտրաքիմիական ջրի պառակտումը համարվում է մաքուր ջրածնի արտադրության հնարավոր մոտեցում: Pt-ն առավել հաճախ օգտագործվող կատալիզատորներից մեկն է՝ բարելավելու HER-ի կատարումը էլեկտրաքիմիական ջրի պառակտման մեջ, սակայն Pt-ի բարձր արժեքը և սակավությունը մնում են հիմնական խոչընդոտները զանգվածային առևտրային կիրառությունների համար:

SAC-ները, որտեղ բոլոր մետաղական տեսակները առանձին-առանձին ցրված են ցանկալի օժանդակ նյութի վրա, ճանաչվել են որպես Pt-ի օգտագործման քանակությունը նվազեցնելու եղանակներից մեկը, քանի որ նրանք առաջարկում են մակերևույթի վրա բացված Pt ատոմների առավելագույն քանակը:

Ոգեշնչված ավելի վաղ ուսումնասիրություններից, որոնք հիմնականում կենտրոնացած էին ածխածնի վրա հիմնված նյութերով աջակցվող SAC-ների վրա, KAIST հետազոտական ​​թիմը` պրոֆեսոր Ջինվու Լիի գլխավորությամբ, Քիմիական և բիոմոլեկուլյար ճարտարագիտության բաժնից, ուսումնասիրեց օժանդակ նյութերի ազդեցությունը SAC-ների աշխատանքի վրա:

Պրոֆեսոր Լին և նրա հետազոտողները առաջարկեցին միջածակային վոլֆրամի ենթօքսիդը որպես ատոմային ցրված Pt-ի նոր օժանդակ նյութ, քանի որ ակնկալվում էր, որ այն կապահովի բարձր էլեկտրոնային հաղորդունակություն և կունենա սիներգետիկ ազդեցություն Pt-ի հետ:

Նրանք համեմատեցին մեկ ատոմ Pt-ի կատարումը, որն ապահովված է համապատասխանաբար ածխածնի և վոլֆրամի ենթօքսիդով: Արդյունքները ցույց տվեցին, որ աջակցության էֆեկտը տեղի է ունեցել վոլֆրամի ենթօքսիդի հետ, որի դեպքում վոլֆրամի ենթօքսիդով աջակցվող մեկ ատոմի Pt-ի զանգվածային ակտիվությունը 2,1 անգամ ավելի մեծ էր, քան ածխածնի կողմից աջակցվող մեկ ատոմի Pt-ի, և 16,3 անգամ ավելի բարձր, քան Pt-ի: ածխածնի օժանդակությամբ նանոմասնիկներ:

Թիմը նշել է Pt-ի էլեկտրոնային կառուցվածքի փոփոխություն՝ վոլֆրամի ենթօքսիդից լիցքի փոխանցման միջոցով Pt: Այս երևույթը արձանագրվել է Pt-ի և վոլֆրամի ենթօքսիդի միջև մետաղական հենարանի ուժեղ փոխազդեցության արդյունքում:

HER-ի աշխատանքը կարող է բարելավվել ոչ միայն հենվող մետաղի էլեկտրոնային կառուցվածքը փոխելու միջոցով, այլև առաջացնելով մեկ այլ աջակցության էֆեկտ՝ սփիլվերի էֆեկտը, հաղորդում է հետազոտական ​​խումբը: Ջրածնի արտահոսքը մի երևույթ է, երբ ներծծված ջրածինը տեղափոխվում է մի մակերևույթից մյուսը, և դա ավելի հեշտ է տեղի ունենում, քանի որ Pt-ի չափը փոքրանում է:

Հետազոտողները համեմատել են մեկ ատոմով Pt և Pt նանոմասնիկների աշխատանքը, որոնք ապահովված են վոլֆրամի ենթօքսիդով: Վոլֆրամի ենթօքսիդով աջակցվող մեկ ատոմ Pt-ն դրսևորեց ջրածնի արտահոսքի ավելի բարձր աստիճանի երևույթ, ինչը բարձրացրեց Pt զանգվածի ակտիվությունը ջրածնի էվոլյուցիայի համար մինչև 10,7 անգամ՝ համեմատած վոլֆրամի ենթօքսիդով աջակցվող Pt նանոմասնիկների հետ:

Պրոֆեսոր Լին ասաց. «Աջակցող նյութի ճիշտ ընտրությունը կարևոր է ջրածնի արտադրության մեջ էլեկտրակատալիզի բարելավման համար: Վոլֆրամի ենթօքսիդի կատալիզատորը, որը մենք օգտագործել ենք մեր ուսումնասիրության մեջ Pt-ին աջակցելու համար, ենթադրում է, որ լավ համապատասխանող մետաղի և հենարանի փոխազդեցությունը կարող է կտրուկ բարձրացնել գործընթացի արդյունավետությունը»: