Cercetătorii au prezentat o nouă strategie pentru îmbunătățirea activității catalitice folosind suboxidul de wolfram ca catalizator cu un singur atom (SAC). Această strategie, care îmbunătățește semnificativ reacția de evoluție a hidrogenului (HER) în metalul platină (pt) de 16,3 ori, pune în lumină dezvoltarea noilor tehnologii de catalizator electrochimic.

Hidrogenul a fost prezentat ca o alternativă promițătoare la combustibilii fosili. Cu toate acestea, majoritatea metodelor industriale convenționale de producere a hidrogenului vin cu probleme de mediu, eliberând cantități semnificative de dioxid de carbon și gaze cu efect de seră.

Divizarea electrochimică a apei este considerată o abordare potențială pentru producția de hidrogen curat. Pt este unul dintre catalizatorii cei mai des utilizați pentru a îmbunătăți performanța HER în divizarea electrochimică a apei, dar costul ridicat și deficitul de Pt rămân obstacole cheie în calea aplicațiilor comerciale în masă.

SAC, în care toate speciile de metal sunt dispersate individual pe un material suport dorit, au fost identificate ca o modalitate de a reduce cantitatea de utilizare a Pt, deoarece oferă numărul maxim de atomi de Pt expuși la suprafață.

Inspirată de studiile anterioare, care s-au concentrat în principal pe SAC susținute de materiale pe bază de carbon, o echipă de cercetare KAIST condusă de profesorul Jinwoo Lee de la Departamentul de Inginerie Chimică și Biomoleculară a investigat influența materialelor suport asupra performanței SAC-urilor.

Profesorul Lee și cercetătorii săi au sugerat suboxidul de wolfram mezoporos ca un nou material suport pentru Pt dispersat atomic, deoarece se aștepta ca acesta să ofere o conductivitate electronică ridicată și să aibă un efect sinergetic cu Pt.

Ei au comparat performanța Pt cu un singur atom susținut de suboxid de carbon și, respectiv, de wolfram. Rezultatele au arătat că efectul de suport a avut loc cu suboxidul de tungsten, în care activitatea de masă a unui Pt cu un singur atom susținut de suboxid de tungsten a fost de 2,1 ori mai mare decât cea a Pt cu un singur atom susținut de carbon și de 16,3 ori mai mare decât cea a Pt. nanoparticule susținute de carbon.

Echipa a indicat o schimbare în structura electronică a Pt prin transferul de sarcină de la suboxidul de tungsten la Pt. Acest fenomen a fost raportat ca rezultat al interacțiunii puternice metal-suport între Pt și suboxidul de wolfram.

Performanța HER poate fi îmbunătățită nu doar prin modificarea structurii electronice a metalului susținut, ci și prin inducerea unui alt efect de susținere, efectul spillover, a raportat grupul de cercetare. Deversarea hidrogenului este un fenomen în care hidrogenul adsorbit migrează de la o suprafață la alta și are loc mai ușor pe măsură ce dimensiunea Pt devine mai mică.

Cercetătorii au comparat performanța nanoparticulelor de Pt și Pt cu un singur atom susținute de suboxidul de wolfram. Pt-ul cu un singur atom susținut de suboxidul de tungsten a prezentat un grad mai mare de fenomen de scurgere a hidrogenului, ceea ce a îmbunătățit activitatea masei Pt pentru evoluția hidrogenului de până la 10,7 ori în comparație cu nanoparticulele de Pt susținute de suboxidul de tungsten.

Profesorul Lee a spus: „Alegerea materialului suport potrivit este importantă pentru îmbunătățirea electrocatalizei în producția de hidrogen. Catalizatorul suboxid de wolfram pe care l-am folosit pentru a susține Pt în studiul nostru implică faptul că interacțiunile dintre metalul bine potrivit și suport pot îmbunătăți drastic eficiența procesului.”