Os pesquisadores apresentaram uma nova estratégia para aumentar a atividade catalítica usando subóxido de tungstênio como catalisador de átomo único (SAC). Esta estratégia, que melhora significativamente a reação de evolução do hidrogênio (HER) no metal platina (pt) em 16,3 vezes, lança luz sobre o desenvolvimento de novas tecnologias de catalisadores eletroquímicos.

O hidrogênio tem sido apontado como uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis. No entanto, a maioria dos métodos convencionais de produção industrial de hidrogénio acarreta problemas ambientais, libertando quantidades significativas de dióxido de carbono e gases com efeito de estufa.

A divisão eletroquímica da água é considerada uma abordagem potencial para a produção de hidrogênio limpo. A Pt é um dos catalisadores mais comumente usados ​​para melhorar o desempenho do HER na divisão eletroquímica da água, mas o alto custo e a escassez da Pt continuam sendo os principais obstáculos para aplicações comerciais em massa.

Os SACs, onde todas as espécies metálicas são dispersas individualmente em um material de suporte desejado, foram identificados como uma forma de reduzir a quantidade de uso de Pt, pois oferecem o número máximo de átomos de Pt expostos à superfície.

Inspirado por estudos anteriores, que se concentraram principalmente em SACs suportados por materiais à base de carbono, uma equipe de pesquisa KAIST liderada pelo Professor Jinwoo Lee do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular investigou a influência dos materiais de suporte no desempenho dos SACs.

O professor Lee e seus pesquisadores sugeriram o subóxido de tungstênio mesoporoso como um novo material de suporte para Pt atomicamente dispersa, pois se esperava que fornecesse alta condutividade eletrônica e tivesse um efeito sinérgico com Pt.

Eles compararam o desempenho da Pt de átomo único suportada por subóxido de carbono e tungstênio, respectivamente. Os resultados revelaram que o efeito de suporte ocorreu com o subóxido de tungstênio, no qual a atividade de massa de um átomo único de Pt suportado por subóxido de tungstênio foi 2,1 vezes maior do que a de um único átomo de Pt suportado por carbono, e 16,3 vezes maior do que a de Pt. nanopartículas suportadas por carbono.

A equipe indicou uma mudança na estrutura eletrônica da Pt através da transferência de carga do subóxido de tungstênio para a Pt. Este fenômeno foi relatado como resultado da forte interação metal-suporte entre Pt e subóxido de tungstênio.

O desempenho do HER pode ser melhorado não apenas alterando a estrutura eletrônica do metal suportado, mas também induzindo outro efeito de suporte, o efeito de transbordamento, relatou o grupo de pesquisa. O transbordamento de hidrogênio é um fenômeno em que o hidrogênio adsorvido migra de uma superfície para outra e ocorre mais facilmente à medida que o tamanho da Pt diminui.

Os pesquisadores compararam o desempenho de nanopartículas de Pt e Pt de átomo único suportadas por subóxido de tungstênio. A Pt de átomo único suportada por subóxido de tungstênio exibiu um maior grau de fenômeno de transbordamento de hidrogênio, o que aumentou a atividade de massa de Pt para evolução de hidrogênio em até 10,7 vezes em comparação com nanopartículas de Pt suportadas por subóxido de tungstênio.

O professor Lee disse: “Escolher o material de suporte certo é importante para melhorar a eletrocatálise na produção de hidrogênio. O catalisador de subóxido de tungstênio que usamos para apoiar Pt em nosso estudo implica que as interações entre o metal bem combinado e o suporte podem aumentar drasticamente a eficiência do processo.”