Водород рекламируется как многообещающая альтернатива ископаемому топливу. Однако большинство традиционных промышленных методов производства водорода связаны с проблемами окружающей среды, выделяя значительное количество углекислого газа и парниковых газов.
Электрохимическое расщепление воды считается потенциальным подходом для производства чистого водорода.
Pt является одним из наиболее часто используемых катализаторов для улучшения характеристик HER при электрохимическом расщеплении воды, но высокая стоимость и дефицит Pt остаются ключевыми препятствиями для массового коммерческого применения.
SAC, в которых все металлические частицы индивидуально диспергированы на желаемом материале носителя, были определены как один из способов уменьшить количество используемой Pt, поскольку они предлагают максимальное количество открытых на поверхности атомов Pt.
Вдохновленная более ранними исследованиями, которые в основном были сосредоточены на SAC, поддерживаемых углеродными материалами, исследовательская группа KAIST под руководством профессора Джинву Ли из Департамента химической и биомолекулярной инженерии исследовала влияние вспомогательных материалов на производительность SAC.
Профессор Ли и его исследователи предложили мезопористый субоксид вольфрама в качестве нового материала-носителя для атомно-дисперсной Pt, поскольку ожидалось, что он обеспечит высокую электронную проводимость и будет иметь синергетический эффект с Pt.
Они сравнили характеристики одноатомной Pt, нанесенной на субоксид углерода и вольфрам соответственно.
Результаты показали, что поддерживающий эффект происходит с субоксидом вольфрама, в котором массовая активность одноатомной Pt, поддерживаемой субоксидом вольфрама, составляла 2.В 1 раз больше, чем у одноатомной Pt, нанесенной на углерод, и в 16 раз больше.В 3 раза выше, чем у наночастиц Pt на углеродной основе.
Команда указала на изменение электронной структуры Pt за счет переноса заряда от субоксида вольфрама на Pt. Об этом явлении сообщалось в результате сильного взаимодействия металл-носитель между Pt и субоксидом вольфрама.
Рабочие характеристики HER могут быть улучшены не только за счет изменения электронной структуры металла на подложке, но также за счет создания другого поддерживающего эффекта, побочного эффекта, сообщила исследовательская группа. Распространение водорода – это явление, при котором адсорбированный водород мигрирует с одной поверхности на другую, и это происходит легче, чем размер Pt становится меньше.
Исследователи сравнили характеристики одноатомных Pt и наночастиц Pt, нанесенных на субоксид вольфрама.
Одноатомная Pt, поддерживаемая субоксидом вольфрама, демонстрирует более высокую степень явления перетока водорода, что увеличивает массовую активность Pt для выделения водорода до 10.В 7 раз по сравнению с наночастицами Pt, нанесенными на субоксид вольфрама.
Профессор Ли сказал: «Выбор правильного материала носителя важен для улучшения электрокатализа при производстве водорода. Катализатор на основе субоксида вольфрама, который мы использовали для носителя Pt в нашем исследовании, подразумевает, что взаимодействие между хорошо подобранным металлом и носителем может значительно повысить эффективность процесса."
Это исследование было поддержано Министерством науки и информационных технологий и опубликовано в международном издании немецкого журнала Angewandte Chemie.