I ricercatori hanno presentato una nuova strategia per potenziare l'attività catalitica utilizzando il subossido di tungsteno come catalizzatore a singolo atomo (SAC). Questa strategia, che migliora significativamente la reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER) nel platino metallico (pt) di 16,3 volte, getta luce sullo sviluppo di nuove tecnologie di catalizzatori elettrochimici.

L'idrogeno è stato pubblicizzato come una promettente alternativa ai combustibili fossili. Però, la maggior parte dei metodi convenzionali di produzione industriale dell'idrogeno ha problemi ambientali, rilasciando quantità significative di anidride carbonica e gas serra.

La scissione elettrochimica dell'acqua è considerata un potenziale approccio per la produzione di idrogeno pulito. Il Pt è uno dei catalizzatori più comunemente usati per migliorare le prestazioni di HER nella scissione elettrochimica dell'acqua, ma l'alto costo e la scarsità di Pt rimangono ostacoli chiave alle applicazioni commerciali di massa.

SAC, dove tutte le specie metalliche sono disperse singolarmente su un materiale di supporto desiderato, sono stati identificati come un modo per ridurre la quantità di utilizzo di Pt, in quanto offrono il numero massimo di atomi di Pt esposti sulla superficie.

Ispirato da studi precedenti, che si è concentrato principalmente su SAC supportati da materiali a base di carbonio, un gruppo di ricerca KAIST guidato dal professor Jinwoo Lee del Dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare ha studiato l'influenza dei materiali di supporto sulle prestazioni dei SAC.

Il professor Lee e i suoi ricercatori hanno suggerito il subossido di tungsteno mesoporoso come nuovo materiale di supporto per il Pt disperso atomicamente, poiché ci si aspettava che ciò fornisse un'elevata conduttività elettronica e avesse un effetto sinergico con il Pt.

Hanno confrontato le prestazioni del Pt a singolo atomo supportato rispettivamente da carbonio e subossido di tungsteno. I risultati hanno rivelato che l'effetto di supporto si è verificato con il subossido di tungsteno, in cui l'attività di massa di un Pt a singolo atomo supportato da subossido di tungsteno era 2,1 volte maggiore di quella di Pt a singolo atomo supportato da carbonio, e 16,3 volte superiore a quello delle nanoparticelle di Pt supportate dal carbonio.

Il team ha indicato un cambiamento nella struttura elettronica del Pt tramite trasferimento di carica dal subossido di tungsteno al Pt. Questo fenomeno è stato segnalato come risultato della forte interazione metallo-supporto tra Pt e subossido di tungsteno.

Le sue prestazioni possono essere migliorate non solo modificando la struttura elettronica del metallo supportato, ma anche inducendo un altro effetto di sostegno, l'effetto di ricaduta, ha riferito il gruppo di ricerca. Lo spillover di idrogeno è un fenomeno in cui l'idrogeno adsorbito migra da una superficie all'altra, e si verifica più facilmente quando la dimensione di Pt diventa più piccola.

I ricercatori hanno confrontato le prestazioni di nanoparticelle di Pt e Pt a singolo atomo supportate da subossido di tungsteno. Il Pt a singolo atomo supportato da subossido di tungsteno ha mostrato un grado più elevato di fenomeno di spillover di idrogeno, che ha potenziato l'attività di massa di Pt per l'evoluzione dell'idrogeno fino a 10,7 volte rispetto alle nanoparticelle di Pt supportate da subossido di tungsteno.

Il professor Lee ha detto, "Scegliere il giusto materiale di supporto è importante per migliorare l'elettrocatalisi nella produzione di idrogeno. Il catalizzatore di subossido di tungsteno che abbiamo usato per supportare il Pt nel nostro studio implica che le interazioni tra il metallo ben abbinato e il supporto possono migliorare drasticamente l'efficienza del processo".