Los investigadores presentaron una nueva estrategia para mejorar la actividad catalítica utilizando subóxido de tungsteno como catalizador de un solo átomo (SAC). Esta estrategia, que mejora significativamente la reacción de desprendimiento de hidrógeno (HER) en el platino metálico (pt) en 16,3 veces, arroja luz sobre el desarrollo de nuevas tecnologías de catalizadores electroquímicos.

El hidrógeno se ha promocionado como una alternativa prometedora a los combustibles fósiles. Sin embargo, La mayoría de los métodos convencionales de producción de hidrógeno industrial conllevan problemas medioambientales, liberando cantidades significativas de dióxido de carbono y gases de efecto invernadero.

La división electroquímica del agua se considera un enfoque potencial para la producción de hidrógeno limpio. Pt es uno de los catalizadores más utilizados para mejorar el rendimiento de HER en la división electroquímica de agua, pero el alto costo y la escasez de Pt siguen siendo obstáculos clave para las aplicaciones comerciales masivas.

SAC, donde todas las especies metálicas se dispersan individualmente sobre un material de soporte deseado, se han identificado como una forma de reducir la cantidad de uso de Pt, ya que ofrecen el número máximo de átomos de Pt expuestos a la superficie.

Inspirado en estudios anteriores, que se centró principalmente en SAC respaldados por materiales a base de carbono, un equipo de investigación de KAIST dirigido por el profesor Jinwoo Lee del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular investigó la influencia de los materiales de soporte en el desempeño de los SAC.

El profesor Lee y sus investigadores sugirieron el subóxido de tungsteno mesoporoso como un nuevo material de soporte para Pt disperso atómicamente, ya que se esperaba que proporcionara una alta conductividad electrónica y tuviera un efecto sinérgico con el Pt.

Compararon el rendimiento de Pt de un solo átomo soportado por subóxido de carbono y tungsteno, respectivamente. Los resultados revelaron que el efecto de soporte se produjo con el subóxido de tungsteno, en el que la actividad de masa de un solo átomo de Pt soportado por subóxido de tungsteno fue 2,1 veces mayor que la de un solo átomo de Pt soportado por carbono, y 16,3 veces superior al de las nanopartículas de Pt soportadas por carbono.

El equipo indicó un cambio en la estructura electrónica de Pt a través de la transferencia de carga del subóxido de tungsteno a Pt. Este fenómeno se informó como resultado de una fuerte interacción metal-soporte entre el Pt y el subóxido de tungsteno.

SU rendimiento se puede mejorar no solo cambiando la estructura electrónica del metal soportado, sino también induciendo otro efecto de apoyo, el efecto de desbordamiento, informó el grupo de investigación. El derrame de hidrógeno es un fenómeno en el que el hidrógeno adsorbido migra de una superficie a otra, y ocurre más fácilmente a medida que el tamaño del Pt se vuelve más pequeño.

Los investigadores compararon el rendimiento de nanopartículas de Pt y Pt de un solo átomo soportadas por subóxido de tungsteno. El Pt de un solo átomo soportado por subóxido de tungsteno exhibió un mayor grado de fenómeno de derrame de hidrógeno, que mejoró la actividad de masa de Pt para la evolución de hidrógeno hasta 10,7 veces en comparación con las nanopartículas de Pt soportadas por subóxido de tungsteno.

El profesor Lee dijo:"La elección del material de soporte adecuado es importante para mejorar la electrocatálisis en la producción de hidrógeno. El catalizador de subóxido de tungsteno que utilizamos para respaldar el Pt en nuestro estudio implica que las interacciones entre el metal bien adaptado y el soporte pueden mejorar drásticamente la eficiencia del proceso".