Los investigadores presentaron una nueva estrategia para mejorar la actividad catalítica utilizando suboxide de tungsteno como catalizador de un solo átomo SAC. Esta estrategia, que mejora significativamente la reacción de evolución de hidrógeno HER en platino metálico pt en 16,3 veces, arroja luz sobre eldesarrollo 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 industrial de hidrógeno vienen con problemas ambientales, 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 del agua, pero el alto costo y la escasez de Pt siguen siendo obstáculos clave para las aplicaciones comerciales masivas.
Los SAC, donde todas las especies de metales se dispersan individualmente en un material de soporte deseado, se han identificado como una forma de reducir la cantidad de uso de Pt, ya que ofrecen la cantidad máxima de átomos de Pt expuestos a la superficie.
Inspirado por estudios anteriores, que se centraron principalmente en los SAC respaldados por materiales basados en 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 apoyo en el rendimiento de los SAC.
El profesor Lee y sus investigadores sugirieron el suboxide 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 Pt.
Compararon el rendimiento del Pt de un solo átomo soportado por el carbono y el suboxide de tungsteno respectivamente. Los resultados revelaron que el efecto de soporte se produjo con el suboxide de tungsteno, en el que la actividad de masa de un Pt de un solo átomo soportado por el suboxide de tungsteno fue 2.1 veces mayorque el de Pt de un solo átomo soportado por carbono, y 16.3 veces más alto que el de las nanopartículas de Pt soportado por carbono.
El equipo indicó un cambio en la estructura electrónica de Pt a través de la transferencia de carga de suboxide de tungsteno a Pt. Este fenómeno se informó como resultado de una fuerte interacción metal-soporte entre Pt y suboxide de tungsteno.
Su rendimiento puede mejorarse no solo cambiando la estructura electrónica del metal soportado, sino también induciendo otro efecto de soporte, el efecto de desbordamiento, informó el grupo de investigación. El desbordamiento 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 de Pt se vuelve más pequeño.
Los investigadores compararon el rendimiento de las nanopartículas Pt y Pt de un solo átomo soportadas por suboxide de tungsteno. La Pt de un solo átomo apoyada por suboxide de tungsteno exhibió un mayor grado de fenómeno de derrame de hidrógeno, lo que mejoró la actividad de masa de Pt para la evolución de hidrógeno hasta 10.7veces en comparación con las nanopartículas de Pt compatibles con suboxide de tungsteno.
El profesor Lee dijo: "Elegir el material de soporte adecuado es importante para mejorar la electrocatálisis en la producción de hidrógeno. El catalizador de suboxide de tungsteno que utilizamos para apoyar a Pt en nuestro estudio implica que las interacciones entre el metal bien emparejado y el soporte pueden mejorar drásticamente la eficiencia deel proceso."
Esta investigación fue apoyada por el Ministerio de Ciencia y TIC e introducida en la Edición Internacional de la revista alemana Angewandte Chemie .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por El Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea KAIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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