Penyelidik membentangkan strategi baharu untuk meningkatkan aktiviti pemangkin menggunakan tungsten suboksida sebagai mangkin atom tunggal (SAC). Strategi ini, yang meningkatkan tindak balas evolusi hidrogen (HER) dengan ketara dalam platinum logam (pt) sebanyak 16.3 kali ganda, memberi penerangan tentang pembangunan teknologi pemangkin elektrokimia baharu.

Hidrogen telah disebut-sebut sebagai alternatif yang menjanjikan kepada bahan api fosil. Walau bagaimanapun, kebanyakan kaedah pengeluaran hidrogen industri konvensional datang dengan isu alam sekitar, membebaskan sejumlah besar karbon dioksida dan gas rumah hijau.

Pemisahan air elektrokimia dianggap sebagai pendekatan yang berpotensi untuk pengeluaran hidrogen bersih. Pt ialah salah satu pemangkin yang paling biasa digunakan untuk meningkatkan prestasi HER dalam pemisahan air elektrokimia, tetapi kos yang tinggi dan kekurangan Pt kekal sebagai halangan utama kepada aplikasi komersial massa.

SAC, di mana semua spesies logam tersebar secara individu pada bahan sokongan yang diingini, telah dikenal pasti sebagai satu cara untuk mengurangkan jumlah penggunaan Pt, kerana ia menawarkan bilangan maksimum atom Pt permukaan terdedah.

Diilhamkan oleh kajian terdahulu, yang tertumpu terutamanya pada SAC yang disokong oleh bahan berasaskan karbon, pasukan penyelidik KAIST yang diketuai oleh Profesor Jinwoo Lee dari Jabatan Kejuruteraan Kimia dan Biomolekul menyiasat pengaruh bahan sokongan terhadap prestasi SAC.

Profesor Lee dan penyelidiknya mencadangkan suboksida tungsten mesopous sebagai bahan sokongan baharu untuk Pt yang tersebar secara atom, kerana ini dijangka memberikan kekonduksian elektronik yang tinggi dan mempunyai kesan sinergi dengan Pt.

Mereka membandingkan prestasi Pt atom tunggal yang disokong oleh karbon dan tungsten suboksida masing-masing. Keputusan menunjukkan bahawa kesan sokongan berlaku dengan tungsten suboksida, di mana aktiviti jisim Pt atom tunggal yang disokong oleh tungsten suboksida adalah 2.1 kali lebih besar daripada Pt atom tunggal yang disokong oleh karbon, dan 16.3 kali lebih tinggi daripada Pt. nanopartikel disokong oleh karbon.

Pasukan itu menunjukkan perubahan dalam struktur elektronik Pt melalui pemindahan cas daripada tungsten suboksida kepada Pt. Fenomena ini dilaporkan akibat interaksi sokongan logam yang kuat antara Pt dan tungsten suboksida.

Prestasi HER boleh dipertingkatkan bukan sahaja dengan menukar struktur elektronik logam yang disokong, tetapi juga dengan mendorong kesan sokongan lain, kesan limpahan, kumpulan penyelidik melaporkan. Limpahan hidrogen ialah fenomena di mana hidrogen terserap berhijrah dari satu permukaan ke permukaan yang lain, dan ia berlaku dengan lebih mudah apabila saiz Pt menjadi lebih kecil.

Para penyelidik membandingkan prestasi nanopartikel Pt dan Pt atom tunggal yang disokong oleh tungsten suboksida. Pt atom tunggal yang disokong oleh tungsten suboksida mempamerkan tahap fenomena limpahan hidrogen yang lebih tinggi, yang meningkatkan aktiviti jisim Pt untuk evolusi hidrogen sehingga 10.7 kali berbanding nanopartikel Pt yang disokong oleh tungsten suboksida.

Profesor Lee berkata, “Memilih bahan sokongan yang betul adalah penting untuk meningkatkan elektrokatalisis dalam pengeluaran hidrogen. Pemangkin tungsten suboksida yang kami gunakan untuk menyokong Pt dalam kajian kami menunjukkan bahawa interaksi antara logam yang dipadankan dengan baik dan sokongan secara drastik dapat meningkatkan kecekapan proses itu.