Зерттеушілер вольфрам субоксидін бір атомды катализатор (SAC) ретінде пайдалана отырып, каталитикалық белсенділікті арттырудың жаңа стратегиясын ұсынды. Металл платинадағы (pt) сутегінің бөліну реакциясын (HER) 16,3 есеге айтарлықтай жақсартатын бұл стратегия электрохимиялық катализаторлардың жаңа технологияларының дамуына жарық түсіреді.

Сутегі қазба отынына перспективалы балама ретінде танымал болды. Дегенмен, кәдімгі өнеркәсіптік сутегі өндіру әдістерінің көпшілігі көмірқышқыл газы мен парниктік газдардың айтарлықтай мөлшерін бөлетін экологиялық мәселелермен бірге келеді.

Электрохимиялық суды бөлу таза сутегі өндірісінің әлеуетті тәсілі болып саналады. Pt суды электрохимиялық бөлуде HER өнімділігін жақсарту үшін ең жиі қолданылатын катализаторлардың бірі болып табылады, бірақ Pt жоғары құны мен тапшылығы жаппай коммерциялық қолданбаларға негізгі кедергі болып қала береді.

Барлық металл түрлері қажетті тірек материалында жеке дисперсті болатын SAC Pt пайдалану мөлшерін азайтудың бір жолы ретінде анықталған, өйткені олар беткі Pt атомдарының максималды санын ұсынады.

Негізінен көміртегі негізіндегі материалдармен қамтамасыз етілген SAC-ға бағытталған бұрынғы зерттеулерден шабыт алған Химиялық және биомолекулалық инженерия кафедрасының профессоры Джинву Ли басқарған KAIST зерттеу тобы қолдау материалдарының SAC өнімділігіне әсерін зерттеді.

Профессор Ли және оның зерттеушілері атомдық дисперсті Pt үшін жаңа тірек материалы ретінде мезокеуекті вольфрам субоксидін ұсынды, өйткені бұл жоғары электронды өткізгіштікті қамтамасыз етеді және Pt-мен синергетикалық әсер етеді деп күтілді.

Олар сәйкесінше көміртегі және вольфрам субоксиді қолдайтын бір атомды Pt өнімділігін салыстырды. Нәтижелер тірек әсері вольфрам субоксидімен болғанын анықтады, онда вольфрам субоксиді қолдайтын бір атомды Pt массалық белсенділігі көміртегі қолдайтын бір атомды Pt массалық белсенділігінен 2,1 есе және Pt-тен 16,3 есе жоғары болды. көміртегі қолдайтын нанобөлшектер.

Команда вольфрам субоксидінен Pt-ге зарядты тасымалдау арқылы Pt электрондық құрылымының өзгеруін көрсетті. Бұл құбылыс Pt және вольфрам субоксиді арасындағы күшті металл тірек әрекеттесу нәтижесінде хабарланды.

HER өнімділігін тек қолдау көрсетілетін металдың электрондық құрылымын өзгерту арқылы ғана емес, сонымен қатар басқа қолдау әсерін, таралу әсерін тудыру арқылы жақсартуға болады, деп хабарлады зерттеу тобы. Сутегінің төгілуі – адсорбцияланған сутегінің бір бетінен екіншісіне ауысатын құбылысы және Pt өлшемі кішірейген сайын ол оңайырақ болады.

Зерттеушілер вольфрам субоксидімен қамтамасыз етілген бір атомды Pt және Pt нанобөлшектерінің өнімділігін салыстырды. Вольфрам субоксиді қолдайтын бір атомды Pt сутегінің төгілу құбылысының жоғары дәрежесін көрсетті, бұл вольфрам субоксиді қолдайтын Pt нанобөлшектерімен салыстырғанда сутегі эволюциясы үшін Pt массасының белсенділігін 10,7 есеге дейін арттырды.

Профессор Ли: «Дұрыс тірек материалын таңдау сутегі өндірісіндегі электрокатализді жақсарту үшін маңызды. Біздің зерттеуімізде Pt-ді қолдау үшін пайдаланған вольфрам субоксиді катализаторы жақсы сәйкес келетін металл мен тірек арасындағы өзара әрекеттесу процестің тиімділігін күрт арттыра алатынын білдіреді ».