მკვლევარებმა წარმოადგინეს კატალიზური აქტივობის გაძლიერების ახალი სტრატეგია ვოლფრამის სუბოქსიდის, როგორც ერთატომიანი კატალიზატორის (SAC) გამოყენებით. ეს სტრატეგია, რომელიც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს წყალბადის ევოლუციის რეაქციას (HER) მეტალ პლატინაში (pt) 16,3-ჯერ, ნათელს ჰფენს ახალი ელექტროქიმიური კატალიზატორის ტექნოლოგიების განვითარებას.

წყალბადი იყო რეკლამირებული, როგორც წიაღისეული საწვავის პერსპექტიული ალტერნატივა. თუმცა, წყალბადის წარმოების ჩვეულებრივი სამრეწველო მეთოდების უმეტესობა დაკავშირებულია ეკოლოგიურ საკითხებთან, რაც იწვევს ნახშირორჟანგის და სათბურის გაზების მნიშვნელოვან რაოდენობას.

წყლის ელექტროქიმიური გაყოფა ითვლება პოტენციურ მიდგომად სუფთა წყალბადის წარმოებისთვის. Pt არის ერთ-ერთი ყველაზე ხშირად გამოყენებული კატალიზატორი HER-ის მუშაობის გასაუმჯობესებლად წყლის ელექტროქიმიური გაყოფისას, მაგრამ Pt-ის მაღალი ღირებულება და დეფიციტი რჩება ძირითად დაბრკოლებად მასობრივი კომერციული აპლიკაციებისთვის.

SAC-ები, სადაც ლითონის ყველა სახეობა ინდივიდუალურად არის გაფანტული სასურველ დამხმარე მასალაზე, იდენტიფიცირებულია, როგორც Pt-ის მოხმარების რაოდენობის შემცირების ერთ-ერთი გზა, რადგან ისინი გვთავაზობენ ზედაპირული პტ ატომების მაქსიმალურ რაოდენობას.

ადრინდელი კვლევებით შთაგონებული, რომლებიც ძირითადად ფოკუსირებული იყო ნახშირბადზე დაფუძნებულ მასალებზე მხარდაჭერილ SAC-ებზე, KAIST კვლევითი ჯგუფი, პროფესორ ჯინვუ ლიის ხელმძღვანელობით, ქიმიური და ბიომოლეკულური ინჟინერიის დეპარტამენტიდან, გამოიკვლია დამხმარე მასალების გავლენა SAC-ების მუშაობაზე.

პროფესორმა ლიმ და მისმა მკვლევარებმა შემოგვთავაზეს მეზოპოროზული ვოლფრამის სუბოქსიდი, როგორც ახალი დამხმარე მასალა ატომურად გაფანტული Pt-სთვის, რადგან მოსალოდნელი იყო, რომ ეს უზრუნველყოფდა მაღალ ელექტრონულ გამტარობას და ექნება სინერგიული ეფექტი Pt-თან.

მათ შეადარეს ერთატომიანი Pt-ის მოქმედება, რომელსაც მხარს უჭერს შესაბამისად ნახშირბადი და ვოლფრამის სუბოქსიდი. შედეგებმა აჩვენა, რომ დამხმარე ეფექტი განვითარდა ვოლფრამის სუბოქსიდთან, რომელშიც ერთატომიანი Pt-ის მასობრივი აქტივობა, რომელსაც მხარს უჭერს ვოლფრამის სუბოქსიდი, იყო 2.1-ჯერ მეტი, ვიდრე ერთატომიანი Pt-ის, რომელიც მხარს უჭერს ნახშირბადს, და 16.3-ჯერ მეტი ვიდრე Pt. ნანონაწილაკები, რომლებიც მხარს უჭერენ ნახშირბადს.

ჯგუფმა მიუთითა Pt-ის ელექტრონულ სტრუქტურაში ცვლილება ვოლფრამის სუბოქსიდიდან Pt-ზე მუხტის გადაცემის გზით. ეს ფენომენი დაფიქსირდა Pt-სა და ვოლფრამის სუბოქსიდს შორის ძლიერი ლითონის საყრდენი ურთიერთქმედების შედეგად.

მისი მუშაობის გაუმჯობესება შესაძლებელია არა მხოლოდ საყრდენი ლითონის ელექტრონული სტრუქტურის შეცვლით, არამედ სხვა დამხმარე ეფექტის, სპილოვერის ეფექტის გამოწვევით, იტყობინება კვლევის ჯგუფი. წყალბადის დაღვრა არის ფენომენი, როდესაც ადსორბირებული წყალბადი გადადის ერთი ზედაპირიდან მეორეზე და ეს უფრო ადვილად ხდება, როდესაც Pt ზომა მცირდება.

მკვლევარებმა შეადარეს ერთატომიანი Pt და Pt ნანონაწილაკების მოქმედება, რომელსაც მხარს უჭერს ვოლფრამის სუბოქსიდი. ვოლფრამის სუბოქსიდის მიერ მხარდაჭერილი ერთატომიანი Pt ავლენდა წყალბადის დაღვრის ფენომენის უფრო მაღალ ხარისხს, რამაც გაზარდა Pt მასის აქტივობა წყალბადის ევოლუციისთვის 10,7-ჯერ, ვიდრე Pt ნანონაწილაკებს, რომლებსაც მხარს უჭერს ვოლფრამის სუბოქსიდი.

პროფესორმა ლიმ თქვა: ”სწორი დამხმარე მასალის არჩევა მნიშვნელოვანია წყალბადის წარმოებაში ელექტროკატალიზის გასაუმჯობესებლად. ვოლფრამის სუბოქსიდის კატალიზატორი, რომელიც ჩვენ ვიყენებდით Pt-ს მხარდასაჭერად ჩვენს კვლევაში, გულისხმობს, რომ კარგად შეხამებულ ლითონსა და საყრდენს შორის ურთიერთქმედებამ შეიძლება მკვეთრად გაზარდოს პროცესის ეფექტურობა.