Ang mga mananaliksik ay nagpakita ng isang bagong diskarte para sa pagpapahusay ng aktibidad ng catalytic gamit ang tungsten suboxide bilang isang single-atom catalyst (SAC). Ang diskarte na ito, na makabuluhang nagpapabuti ng hydrogen evolution reaction (HER) sa metal platinum (pt) nang 16.3 beses, ay nagbibigay-liwanag sa pagbuo ng mga bagong electrochemical catalyst na teknolohiya.

Ang hydrogen ay tinuturing bilang isang promising alternative sa fossil fuels. Gayunpaman, karamihan sa mga pang-industriyang pamamaraan ng produksyon ng hydrogen ay may mga isyu sa kapaligiran, na naglalabas ng malaking halaga ng carbon dioxide at greenhouse gases.

Ang electrochemical water splitting ay itinuturing na isang potensyal na diskarte para sa malinis na produksyon ng hydrogen. Ang Pt ay isa sa mga pinakakaraniwang ginagamit na catalyst upang pahusayin ang pagganap ng HER sa electrochemical water splitting, ngunit ang mataas na gastos at kakulangan ng Pt ay nananatiling pangunahing hadlang sa mass commercial applications.

Ang mga SAC, kung saan ang lahat ng mga species ng metal ay indibidwal na nakakalat sa isang nais na materyal ng suporta, ay natukoy bilang isang paraan upang bawasan ang dami ng paggamit ng Pt, dahil nag-aalok ang mga ito ng maximum na bilang ng mga nakalantad na Pt atom sa ibabaw.

Dahil sa inspirasyon ng mga naunang pag-aaral, na pangunahing nakatuon sa mga SAC na sinusuportahan ng mga materyal na nakabatay sa carbon, isang pangkat ng pananaliksik ng KAIST na pinamumunuan ni Propesor Jinwoo Lee mula sa Department of Chemical at Biomolecular Engineering ang nag-imbestiga sa impluwensya ng mga materyal na pangsuporta sa pagganap ng mga SAC.

Iminungkahi ni Propesor Lee at ng kanyang mga mananaliksik ang mesoporous tungsten suboxide bilang isang bagong materyal na pangsuporta para sa atomically dispersed na Pt, dahil ito ay inaasahang magbibigay ng mataas na electronic conductivity at magkaroon ng synergetic na epekto sa Pt.

Inihambing nila ang pagganap ng single-atom Pt na sinusuportahan ng carbon at tungsten suboxide ayon sa pagkakabanggit. Ang mga resulta ay nagsiwalat na ang epekto ng suporta ay naganap sa tungsten suboxide, kung saan ang mass activity ng isang single-atom na Pt na sinusuportahan ng tungsten suboxide ay 2.1 beses na mas malaki kaysa sa single-atom na Pt na sinusuportahan ng carbon, at 16.3 beses na mas mataas kaysa sa Pt. nanoparticle na sinusuportahan ng carbon.

Ang koponan ay nagpahiwatig ng pagbabago sa elektronikong istraktura ng Pt sa pamamagitan ng paglilipat ng singil mula sa tungsten suboxide patungo sa Pt. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay naiulat bilang isang resulta ng malakas na pakikipag-ugnayan ng suporta sa metal sa pagitan ng Pt at tungsten suboxide.

Ang pagganap ng HER ay maaaring mapabuti hindi lamang sa pamamagitan ng pagbabago ng elektronikong istraktura ng sinusuportahang metal, kundi pati na rin sa pamamagitan ng pag-uudyok sa isa pang epekto ng suporta, ang epekto ng spillover, iniulat ng grupo ng pananaliksik. Ang hydrogen spillover ay isang phenomenon kung saan ang adsorbed hydrogen ay lumilipat mula sa isang surface papunta sa isa pa, at ito ay nangyayari nang mas madali habang ang laki ng Pt ay nagiging mas maliit.

Inihambing ng mga mananaliksik ang pagganap ng single-atom Pt at Pt nanoparticle na suportado ng tungsten suboxide. Ang single-atom na Pt na sinusuportahan ng tungsten suboxide ay nagpakita ng mas mataas na antas ng hydrogen spillover phenomenon, na nagpahusay sa aktibidad ng Pt mass para sa hydrogen evolution hanggang 10.7 beses kumpara sa Pt nanoparticle na sinusuportahan ng tungsten suboxide.

Sinabi ni Propesor Lee, "Ang pagpili ng tamang materyal ng suporta ay mahalaga para sa pagpapabuti ng electrocatalysis sa produksyon ng hydrogen. Ang tungsten suboxide catalyst na ginamit namin upang suportahan ang Pt sa aming pag-aaral ay nagpapahiwatig na ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mahusay na tugmang metal at suporta ay maaaring lubos na mapahusay ang kahusayan ng proseso."