Pētnieki iepazīstināja ar jaunu stratēģiju katalītiskās aktivitātes uzlabošanai, izmantojot volframa suboksīdu kā viena atoma katalizatoru (SAC). Šī stratēģija, kas ievērojami 16,3 reizes uzlabo ūdeņraža evolūcijas reakciju (HER) metāla platīnā (pt), atklāj jaunu elektroķīmisko katalizatoru tehnoloģiju izstrādi.

Ūdeņradis tiek reklamēts kā daudzsološa alternatīva fosilajam kurināmajam. Tomēr lielākā daļa tradicionālo rūpniecisko ūdeņraža ražošanas metožu ir saistītas ar vides problēmām, izdalot ievērojamu daudzumu oglekļa dioksīda un siltumnīcefekta gāzu.

Elektroķīmiskā ūdens sadalīšana tiek uzskatīta par potenciālu pieeju tīra ūdeņraža ražošanai. Pt ir viens no visbiežāk izmantotajiem katalizatoriem, lai uzlabotu HER veiktspēju elektroķīmiskā ūdens sadalīšanā, taču augstās izmaksas un Pt trūkums joprojām ir galvenie šķēršļi masveida komerciāliem lietojumiem.

SAC, kur visas metālu sugas ir atsevišķi izkliedētas uz vēlamā atbalsta materiāla, ir identificētas kā viens no veidiem, kā samazināt Pt izmantošanu, jo tie piedāvā maksimālo uz virsmas pakļauto Pt atomu skaitu.

Iedvesmojoties no iepriekšējiem pētījumiem, kas galvenokārt koncentrējās uz SAC, ko atbalsta uz oglekļa bāzes materiāli, KAIST pētniecības grupa, kuru vadīja profesors Jinwoo Lee no Ķīmiskās un biomolekulārās inženierijas katedras, pētīja atbalsta materiālu ietekmi uz SAC veiktspēju.

Profesors Lī un viņa pētnieki ierosināja mezoporaino volframa suboksīdu kā jaunu atbalsta materiālu atomiski izkliedētajam Pt, jo bija paredzēts, ka tas nodrošinās augstu elektronisko vadītspēju un sinerģisku efektu ar Pt.

Viņi salīdzināja viena atoma Pt veiktspēju, ko atbalsta attiecīgi oglekļa un volframa suboksīds. Rezultāti atklāja, ka atbalsta efekts radās ar volframa suboksīdu, kurā viena atoma Pt masas aktivitāte, ko atbalsta volframa suboksīds, bija 2,1 reizi lielāka nekā viena atoma Pt, ko atbalsta ogleklis, un 16,3 reizes augstāka nekā Pt masas aktivitāte. nanodaļiņas, ko atbalsta ogleklis.

Komanda norādīja uz izmaiņām Pt elektroniskajā struktūrā, pārejot no volframa suboksīda uz Pt. Par šo parādību tika ziņots spēcīgas metāla atbalsta mijiedarbības rezultātā starp Pt un volframa suboksīdu.

HER veiktspēju var uzlabot ne tikai, mainot atbalstītā metāla elektronisko struktūru, bet arī izraisot citu atbalsta efektu - pārplūdes efektu, ziņoja pētnieku grupa. Ūdeņraža pārliešana ir parādība, kad adsorbēts ūdeņradis migrē no vienas virsmas uz otru, un tas notiek vieglāk, jo Pt izmērs kļūst mazāks.

Pētnieki salīdzināja viena atoma Pt un Pt nanodaļiņu veiktspēju, ko atbalsta volframa suboksīds. Viena atoma Pt, ko atbalsta volframa suboksīds, uzrādīja augstāku ūdeņraža pārliešanas fenomenu, kas palielināja Pt masas aktivitāti ūdeņraža evolūcijā līdz 10, 7 reizēm, salīdzinot ar Pt nanodaļiņām, ko atbalsta volframa suboksīds.

Profesors Lī teica: "Lai uzlabotu elektrokatalīzi ūdeņraža ražošanā, ir svarīgi izvēlēties pareizo atbalsta materiālu. Volframa suboksīda katalizators, ko izmantojām, lai atbalstītu Pt mūsu pētījumā, nozīmē, ka mijiedarbība starp labi saskaņotu metālu un atbalstu var krasi uzlabot procesa efektivitāti.