Araştırmacılar, tek atomlu bir katalizör (SAC) olarak tungsten suboksiti kullanarak katalitik aktiviteyi arttırmak için yeni bir strateji sundular. Metal platinde (pt) hidrojen evrimi reaksiyonunu (HER) önemli ölçüde 16,3 kat artıran bu strateji, yeni elektrokimyasal katalizör teknolojilerinin geliştirilmesine ışık tutuyor.

Hidrojenin fosil yakıtlara umut verici bir alternatif olduğu öne sürülüyor. Bununla birlikte, geleneksel endüstriyel hidrojen üretim yöntemlerinin çoğu, önemli miktarda karbondioksit ve sera gazı açığa çıkaran çevresel sorunlarla birlikte gelir.

Elektrokimyasal su ayrıştırma, temiz hidrojen üretimi için potansiyel bir yaklaşım olarak kabul edilmektedir. Pt, elektrokimyasal su ayırmada HER performansını artırmak için en yaygın kullanılan katalizörlerden biridir, ancak Pt'nin yüksek maliyeti ve kıtlığı, kitlesel ticari uygulamaların önündeki temel engeller olmaya devam etmektedir.

Tüm metal türlerinin istenen bir destek malzemesi üzerinde ayrı ayrı dağıldığı SAC'ler, maksimum sayıda yüzeye açık Pt atomu sunduklarından Pt kullanım miktarını azaltmanın bir yolu olarak tanımlanmıştır.

Esas olarak karbon bazlı malzemelerle desteklenen SAC'lere odaklanan önceki çalışmalardan ilham alan, Kimya ve Biyomoleküler Mühendislik Bölümü'nden Profesör Jinwoo Lee liderliğindeki bir KAIST araştırma ekibi, destek malzemelerinin SAC'lerin performansı üzerindeki etkisini araştırdı.

Profesör Lee ve araştırmacıları, yüksek elektronik iletkenlik sağlaması ve Pt ile sinerjik bir etkiye sahip olması beklendiğinden, atomik olarak dağılmış Pt için yeni bir destek malzemesi olarak gözenekli tungsten altoksiti önerdiler.

Sırasıyla karbon ve tungsten suboksit tarafından desteklenen tek atomlu Pt'nin performansını karşılaştırdılar. Sonuçlar, destek etkisinin, tungsten suboksit tarafından desteklenen tek atomlu Pt'nin kütle aktivitesinin, karbonla desteklenen tek atomlu Pt'ninkinden 2,1 kat ve Pt'ninkinden 16,3 kat daha yüksek olduğu tungsten suboksit ile meydana geldiğini ortaya çıkardı. Karbon tarafından desteklenen nanopartiküller.

Ekip, tungsten suboksitten Pt'ye yük aktarımı yoluyla Pt'nin elektronik yapısında bir değişiklik olduğunu belirtti. Bu fenomen, Pt ve tungsten suboksit arasındaki güçlü metal destek etkileşiminin bir sonucu olarak rapor edildi.

Araştırma grubu, HER performansının yalnızca desteklenen metalin elektronik yapısını değiştirerek değil, aynı zamanda başka bir destek etkisi olan yayılma etkisini tetikleyerek de geliştirilebileceğini bildirdi. Hidrojen yayılması, adsorbe edilmiş hidrojenin bir yüzeyden diğerine göç ettiği bir olgudur ve Pt boyutu küçüldükçe daha kolay meydana gelir.

Araştırmacılar, tungsten suboksit tarafından desteklenen tek atomlu Pt ve Pt nanopartiküllerinin performansını karşılaştırdılar. Tungsten suboksit tarafından desteklenen tek atomlu Pt, tungsten suboksit tarafından desteklenen Pt nanopartiküllerine kıyasla hidrojen oluşumu için Pt kütle aktivitesini 10,7 kata kadar arttıran daha yüksek derecede hidrojen yayılma olgusu sergiledi.

Profesör Lee, “Doğru destek malzemesinin seçilmesi, hidrojen üretiminde elektrokatalizin iyileştirilmesi açısından önemlidir. Çalışmamızda Pt'yi desteklemek için kullandığımız tungsten suboksit katalizörü, uyumlu metal ile destek arasındaki etkileşimlerin sürecin verimliliğini büyük ölçüde artırabileceğini ima ediyor."