חוקרים הציגו אסטרטגיה חדשה להגברת הפעילות הקטליטית באמצעות תת חמצני של טונגסטן כזרז חד-אטום (SAC). אסטרטגיה זו, המשפרת באופן משמעותי את תגובת התפתחות המימן (HER) בפלטינה מתכת (pt) פי 16.3, שופכת אור על פיתוח טכנולוגיות זרז אלקטרוכימי חדשות.

מימן הוגדר כחלופה מבטיחה לדלקים מאובנים. עם זאת, רוב שיטות ייצור המימן התעשייתיות הקונבנציונליות מגיעות עם בעיות סביבתיות, ומשחררות כמויות משמעותיות של פחמן דו חמצני וגזי חממה.

פיצול מים אלקטרוכימי נחשב לגישה פוטנציאלית לייצור מימן נקי. Pt הוא אחד הזרזים הנפוצים ביותר בשימוש לשיפור ביצועי HER בפיצול מים אלקטרוכימי, אך העלות הגבוהה והמחסור של Pt נותרו מכשולים מרכזיים בפני יישומים מסחריים המוניים.

SACs, שבהם כל מיני המתכת מפוזרים בנפרד על חומר תמיכה רצוי, זוהו כדרך אחת להפחית את כמות השימוש ב-Pt, מכיוון שהם מציעים את המספר המרבי של אטומי Pt חשופים על פני השטח.

בהשראת מחקרים קודמים, שהתמקדו בעיקר ב-SACs הנתמכים על ידי חומרים מבוססי פחמן, צוות מחקר של KAIST בראשות פרופסור Jinwoo Lee מהמחלקה להנדסה כימית וביו-מולקולרית חקר את השפעתם של חומרי תמיכה על הביצועים של SACs.

פרופסור לי וחוקריו הציעו תת-חמצן טונגסטן מזופורי כחומר תמיכה חדש ל-Pt מפוזר אטומי, שכן זה היה צפוי לספק מוליכות אלקטרונית גבוהה ובעל השפעה סינרגטית עם Pt.

הם השוו את הביצועים של Pt חד-אטום הנתמך על ידי פחמן ותת חמצני טונגסטן בהתאמה. התוצאות גילו כי השפעת התמיכה התרחשה עם תת-חמצן טונגסטן, שבו פעילות המסה של Pt בעל אטום בודד הנתמך על-ידי תת-חמצן טונגסטן הייתה גדולה פי 2.1 מזו של Pt עם אטום בודד הנתמך בפחמן, ופי 16.3 מזו של Pt. ננו-חלקיקים הנתמכים על ידי פחמן.

הצוות הצביע על שינוי במבנה האלקטרוני של Pt באמצעות העברת מטען מתת חמצני טונגסטן ל-Pt. תופעה זו דווחה כתוצאה מאינטראקציה חזקה של תמיכת מתכת בין Pt ותת חמצני טונגסטן.

ניתן לשפר את ביצועי HER לא רק על ידי שינוי המבנה האלקטרוני של המתכת הנתמכת, אלא גם על ידי גרימת אפקט תמיכה נוסף, אפקט הגלישה, דיווחה קבוצת המחקר. פליטת מימן היא תופעה שבה מימן נספג נודד ממשטח אחד למשנהו, והיא מתרחשת ביתר קלות ככל שגודל ה-Pt קטן יותר.

החוקרים השוו את הביצועים של ננו-חלקיקי Pt ו-Pt חד-אטומיים הנתמכים על-ידי תת-חמצן טונגסטן. ה-Pt החד-אטום הנתמך על ידי תת-חמצן טונגסטן הפגין רמה גבוהה יותר של תופעת זליגת מימן, מה שהגביר את פעילות מסת ה-Pt עבור התפתחות מימן עד פי 10.7 בהשוואה לננו-חלקיקי Pt הנתמכים על-ידי תת-חמצן טונגסטן.

פרופסור לי אמר, "בחירת חומר התמיכה הנכון חשובה לשיפור האלקטרוקטליזה בייצור מימן. זרז תת-חמצן הטונגסטן שהשתמשנו בו כדי לתמוך ב-Pt במחקר שלנו מרמז שאינטראקציות בין המתכת המתאימה היטב לתמיכה יכולות לשפר באופן דרסטי את יעילות התהליך."