Дослідники представили нову стратегію для посилення каталітичної активності з використанням субоксиду вольфраму як одноатомного каталізатора (SAC). Ця стратегія, яка значно покращує реакцію виділення водню (HER) у металевій платині (pt) у 16,3 рази, проливає світло на розробку нових технологій електрохімічного каталізатора.

Водень рекламували як багатообіцяючу альтернативу викопному паливу. Однак більшість звичайних промислових методів виробництва водню супроводжуються екологічними проблемами, вивільняючи значну кількість вуглекислого газу та парникових газів.

Електрохімічне розщеплення води вважається потенційним підходом для виробництва чистого водню. Pt є одним із найбільш часто використовуваних каталізаторів для підвищення ефективності HER в електрохімічному розщепленні води, але висока вартість і дефіцит Pt залишаються ключовими перешкодами для масового комерційного застосування.

SAC, де всі види металів окремо дисперговані на бажаному матеріалі основи, було визначено як один із способів зменшити кількість використання Pt, оскільки вони пропонують максимальну кількість атомів Pt, відкритих на поверхні.

Натхненний попередніми дослідженнями, які в основному зосереджувалися на SAC з матеріалами на основі вуглецю, дослідницька група KAIST під керівництвом професора Jinwoo Lee з Департаменту хімічної та біомолекулярної інженерії досліджувала вплив опорних матеріалів на продуктивність SAC.

Професор Лі та його дослідники запропонували мезопористий субоксид вольфраму як новий опорний матеріал для атомарно диспергованої Pt, оскільки він мав забезпечити високу електронну провідність і мати синергетичний ефект з Pt.

Вони порівняли продуктивність одноатомної платини, підтримуваної вуглецем і субоксидом вольфраму відповідно. Результати показали, що опорний ефект виник із субоксидом вольфраму, в якому масова активність одноатомного Pt, нанесеного на субоксид вольфраму, була в 2,1 рази більшою, ніж одноатомна Pt, нанесена на вуглець, і в 16,3 рази вища, ніж Pt наночастинки на основі вуглецю.

Команда вказала на зміну електронної структури Pt через перенесення заряду від субоксиду вольфраму до Pt. Повідомлялося, що це явище є результатом сильної взаємодії метал-носій між Pt і субоксидом вольфраму.

Дослідницька група повідомила, що ефективність ЇЇ можна покращити не тільки шляхом зміни електронної структури металу, що підтримується, але й шляхом виклику іншого ефекту підтримки, ефекту переливу. Перетікання водню – це явище, коли адсорбований водень мігрує з однієї поверхні на іншу, і це відбувається легше, оскільки розмір Pt стає меншим.

Дослідники порівняли продуктивність одноатомних наночастинок платини та платини, нанесених субоксидом вольфраму. Одноатомний Pt, нанесений субоксидом вольфраму, продемонстрував вищий ступінь явища переливу водню, що підвищило масову активність Pt для виділення водню до 10,7 разів порівняно з наночастинками Pt, нанесеними субоксидом вольфраму.

Професор Лі сказав: «Вибір правильного опорного матеріалу є важливим для покращення електрокаталізу у виробництві водню. Каталізатор із субоксиду вольфраму, який ми використовували для підтримки Pt у нашому дослідженні, означає, що взаємодія між добре підібраним металом і основою може значно підвищити ефективність процесу».