研究者らは、亜酸化タングステンを単一原子触媒（SAC）として使用して触媒活性を高めるための新しい戦略を発表しました。この戦略は、金属白金 (pt) の水素発生反応 (HER) を 16.3 倍大幅に改善し、新しい電気化学触媒技術の開発に光を当てます。

水素は化石燃料の有望な代替品として注目されています。しかし、従来の工業用水素製造法のほとんどは、大量の二酸化炭素と温室効果ガスを排出する環境問題を抱えていました。

電気化学的な水の分解は、クリーンな水素製造のための潜在的なアプローチと考えられています。 Pt は、電気化学的な水分解における HER 性能を向上させるために最も一般的に使用される触媒の 1 つですが、Pt の高コストと希少性が依然として大量商業用途への主要な障害となっています。

SAC は、すべての金属種が所望の担体材料上に個別に分散されており、表面に露出する Pt 原子の最大数を提供するため、Pt の使用量を削減する 1 つの方法として認識されています。

主に炭素系材料で支持されたSACに焦点を当てた初期の研究に触発され、化学生体分子工学科のJinwoo Lee教授率いるKAIST研究チームは、SACの性能に対する支持材料の影響を調査した。

Lee教授と彼の研究者らは、原子的に分散したPtの新しい担体材料としてメソポーラス亜酸化タングステンを提案しました。これは、高い電子伝導性を提供し、Ptとの相乗効果が期待できるからです。

彼らは、炭素と亜酸化タングステンでそれぞれ担持された単一原子 Pt の性能を比較しました。その結果、亜酸化タングステンで担持効果が生じ、亜酸化タングステンに担持された単原子Ptの質量活量は炭素に担持された単原子Ptの質量活量の2.1倍、Ptの質量活量より16.3倍高かったことが明らかになった。カーボンに担持されたナノ粒子。

研究チームは、亜酸化タングステンからPtへの電荷移動を介したPtの電子構造の変化を示した。この現象は、Pt と亜酸化タングステン間の強力な金属担体相互作用の結果として報告されました。

HERの性能は、担持された金属の電子構造を変化させるだけでなく、別の担持効果であるスピルオーバー効果を誘発することによっても改善できると研究グループは報告した。水素スピルオーバーは、吸着した水素が表面から表面に移動する現象で、Pt サイズが小さくなるほど発生しやすくなります。

研究者らは、単一原子の Pt と亜酸化タングステンで担持された Pt ナノ粒子の性能を比較しました。亜酸化タングステンで担持された単一原子 Pt は、高度な水素スピルオーバー現象を示し、亜酸化タングステンで担持された Pt ナノ粒子と比較して、水素発生に対する Pt の質量活性が最大 10.7 倍向上しました。

Lee教授は、「水素製造における電極触媒作用を改善するには、適切な担体材料を選択することが重要です。私たちの研究でPtを担持するために使用した亜酸化タングステン触媒は、よく適合した金属と担体との間の相互作用がプロセスの効率を大幅に高めることができることを示唆しています。」