Raziskovalci so predstavili novo strategijo za izboljšanje katalitične aktivnosti z uporabo volframovega suboksida kot katalizatorja z enim atomom (SAC). Ta strategija, ki bistveno izboljša reakcijo sproščanja vodika (HER) v kovinski platini (pt) za 16,3-krat, osvetljuje razvoj novih tehnologij elektrokemičnega katalizatorja.

Vodik je bil označen kot obetavna alternativa fosilnim gorivom. Vendar ima večina konvencionalnih industrijskih metod proizvodnje vodika težave z okoljem, saj sprošča znatne količine ogljikovega dioksida in toplogrednih plinov.

Elektrokemično cepitev vode velja za potencialni pristop za proizvodnjo čistega vodika. Pt je eden najpogosteje uporabljenih katalizatorjev za izboljšanje delovanja HER pri elektrokemičnem cepljenju vode, vendar visoka cena in pomanjkanje Pt ostajata ključni oviri za množično komercialno uporabo.

SAC-ji, kjer so vse kovinske vrste posamično razpršene na želenem nosilnem materialu, so bili opredeljeni kot eden od načinov za zmanjšanje količine porabe Pt, saj ponujajo največje število površinsko izpostavljenih atomov Pt.

Po navdihu prejšnjih študij, ki so se osredotočale predvsem na SAC, podprte z materiali na osnovi ogljika, je raziskovalna skupina KAIST pod vodstvom profesorja Jinwooja Leeja z Oddelka za kemijsko in biomolekularno inženirstvo raziskala vpliv podpornih materialov na delovanje SAC.

Profesor Lee in njegovi raziskovalci so predlagali mezoporozni volframov suboksid kot nov podporni material za atomsko razpršeno Pt, saj naj bi zagotovil visoko elektronsko prevodnost in imel sinergijski učinek s Pt.

Primerjali so delovanje enoatomske Pt, podprte z ogljikom oziroma volframovim suboksidom. Rezultati so pokazali, da se je podporni učinek pojavil pri volframovem suboksidu, pri katerem je bila masna aktivnost enoatomskega Pt, podprtega z volframovim suboksidom, 2,1-krat večja kot pri enoatomskem Pt, podprtem z ogljikom, in 16,3-krat večja kot pri Pt nanodelci, podprti z ogljikom.

Ekipa je pokazala spremembo v elektronski strukturi Pt s prenosom naboja iz volframovega suboksida na Pt. Poročali so o tem pojavu kot rezultat močne interakcije kovinske podpore med Pt in volframovim suboksidom.

NJENO delovanje je mogoče izboljšati ne samo s spreminjanjem elektronske strukture podprte kovine, temveč tudi z indukcijo drugega podpornega učinka, učinka prelivanja, je poročala raziskovalna skupina. Prelivanje vodika je pojav, pri katerem adsorbirani vodik migrira z ene površine na drugo in se zgodi lažje, ko se velikost Pt zmanjša.

Raziskovalci so primerjali delovanje enoatomskih nanodelcev Pt in Pt, podprtih z volframovim suboksidom. Enoatomski Pt, podprt z volframovim suboksidom, je pokazal višjo stopnjo pojava prelivanja vodika, kar je povečalo aktivnost mase Pt za razvijanje vodika do 10,7-krat v primerjavi z nanodelci Pt, podprtimi z volframovim suboksidom.

Profesor Lee je dejal: »Izbira pravega nosilnega materiala je pomembna za izboljšanje elektrokatalize pri proizvodnji vodika. Volframov suboksidni katalizator, ki smo ga uporabili za podporo Pt v naši študiji, nakazuje, da lahko interakcije med dobro usklajeno kovino in nosilcem drastično povečajo učinkovitost procesa.