Para peneliti mempresentasikan strategi baru untuk meningkatkan aktivitas katalitik menggunakan tungsten suboksida sebagai katalis atom tunggal (SAC). Strategi ini, yang secara signifikan meningkatkan reaksi evolusi hidrogen (HER) dalam logam platinum (pt) sebesar 16,3 kali lipat, menyoroti pengembangan teknologi katalis elektrokimia baru.

Hidrogen disebut-sebut sebagai alternatif yang menjanjikan untuk bahan bakar fosil. Namun, sebagian besar metode produksi hidrogen industri konvensional menimbulkan masalah lingkungan, sehingga melepaskan sejumlah besar karbon dioksida dan gas rumah kaca.

Pemisahan air elektrokimia dianggap sebagai pendekatan potensial untuk produksi hidrogen bersih. Pt adalah salah satu katalis yang paling umum digunakan untuk meningkatkan kinerja HER dalam pemisahan air elektrokimia, namun tingginya biaya dan kelangkaan Pt tetap menjadi kendala utama dalam penerapan komersial massal.

SAC, di mana semua spesies logam tersebar secara individual pada bahan pendukung yang diinginkan, telah diidentifikasi sebagai salah satu cara untuk mengurangi jumlah penggunaan Pt, karena SAC menawarkan jumlah maksimum atom Pt yang terpapar permukaan.

Terinspirasi oleh penelitian sebelumnya, yang terutama berfokus pada SAC yang didukung oleh bahan berbasis karbon, tim peneliti KAIST yang dipimpin oleh Profesor Jinwoo Lee dari Departemen Teknik Kimia dan Biomolekuler menyelidiki pengaruh bahan pendukung terhadap kinerja SAC.

Profesor Lee dan penelitinya menyarankan suboksida tungsten mesopori sebagai bahan pendukung baru untuk Pt yang terdispersi secara atom, karena bahan ini diharapkan memberikan konduktivitas elektronik yang tinggi dan memiliki efek sinergis dengan Pt.

Mereka membandingkan kinerja Pt atom tunggal yang masing-masing didukung oleh karbon dan tungsten suboksida. Hasilnya menunjukkan bahwa efek dukungan terjadi dengan tungsten suboksida, di mana aktivitas massa atom tunggal Pt yang didukung oleh tungsten suboksida adalah 2,1 kali lebih besar daripada aktivitas massa atom tunggal Pt yang didukung oleh karbon, dan 16,3 kali lebih tinggi dibandingkan dengan Pt. nanopartikel yang didukung oleh karbon.

Tim menunjukkan perubahan struktur elektronik Pt melalui transfer muatan dari tungsten suboksida ke Pt. Fenomena ini dilaporkan sebagai akibat dari interaksi pendukung logam yang kuat antara Pt dan tungsten suboksida.

Kinerja HER dapat ditingkatkan tidak hanya dengan mengubah struktur elektronik dari logam pendukung, namun juga dengan menginduksi efek dukungan lain, yaitu efek limpahan, kelompok peneliti melaporkan. Tumpahan hidrogen adalah fenomena dimana hidrogen yang teradsorpsi bermigrasi dari satu permukaan ke permukaan lainnya, dan hal ini lebih mudah terjadi seiring dengan mengecilnya ukuran Pt.

Para peneliti membandingkan kinerja nanopartikel Pt atom tunggal dan Pt yang didukung oleh tungsten suboksida. Pt atom tunggal yang didukung oleh tungsten suboksida menunjukkan tingkat fenomena limpahan hidrogen yang lebih tinggi, yang meningkatkan aktivitas massa Pt untuk evolusi hidrogen hingga 10,7 kali dibandingkan dengan nanopartikel Pt yang didukung oleh tungsten suboksida.

Profesor Lee berkata, “Memilih bahan pendukung yang tepat penting untuk meningkatkan elektrokatalisis dalam produksi hidrogen. Katalis tungsten suboksida yang kami gunakan untuk mendukung Pt dalam penelitian kami menyiratkan bahwa interaksi antara logam yang cocok dan pendukung dapat secara drastis meningkatkan efisiensi proses.”