KANAZAWA, Japonska, 8. junij 2023 /PRNewswire/ – Raziskovalci Univerze Kanazawa poročajo, kako se lahko ultra tanka plast kositrovega disulfida uporabi za pospešitev kemične redukcije ogljikovega dioksida za ogljično nevtralno družbo.
Recikliranje ogljikovega dioksida (CO2), ki se sprošča iz industrijskih procesov, je nujno v nujnem prizadevanju človeštva za trajnostno, ogljično nevtralno družbo. Zaradi tega se trenutno široko preučujejo elektrokatalizatorji, ki lahko učinkovito pretvorijo CO2 v druge manj škodljive kemične produkte. Razred materialov, znanih kot dvodimenzionalni (2D) kovinski dihalkogenidi, so kandidati za elektrokatalizatorje za pretvorbo CO, vendar ti materiali pogosto spodbujajo tudi konkurenčne reakcije, kar zmanjšuje njihovo učinkovitost. Yasufumi Takahashi in sodelavci z Inštituta za nanobiologijo (WPI-NanoLSI) Univerze Kanazawa so identificirali dvodimenzionalni kovinski dihalkogenid, ki lahko učinkovito reducira CO2 v mravljinčno kislino, ne le naravnega izvora. Poleg tega je ta povezava vmesni člen.
Takahashi in sodelavci so primerjali katalitično aktivnost dvodimenzionalnega disulfida (MoS2) in kositrovega disulfida (SnS2). Oba sta dvodimenzionalna kovinska dihalkogenida, pri čemer je slednji še posebej zanimiv, ker je čisti kositer znan kot katalizator za proizvodnjo mravljinčne kisline. Elektrokemijsko testiranje teh spojin je pokazalo, da se reakcija sproščanja vodika (HER) pospeši z uporabo MoS2 namesto pretvorbe CO2. HER se nanaša na reakcijo, ki proizvaja vodik, kar je uporabno pri proizvodnji vodikovega goriva, vendar je v primeru redukcije CO2 nezaželen konkurenčni proces. Po drugi strani pa je SnS2 pokazal dobro aktivnost redukcije CO2 in zaviral HER. Raziskovalci so opravili tudi elektrokemijske meritve prahu SnS2 v razsutem stanju in ugotovili, da je manj aktiven pri katalitični redukciji CO2.
Da bi razumeli, kje se v SnS2 nahajajo katalitično aktivna mesta in zakaj se 2D-material obnese bolje kot spojina v razsutem stanju, so znanstveniki uporabili tehniko, imenovano elektrokemijska mikroskopija skenirajočih celic (SECCM). SECCM se uporablja kot nanopipeta, ki tvori nanometrsko elektrokemijsko celico v obliki meniskusa za sonde, občutljive na površinske reakcije na vzorcih. Meritve so pokazale, da je bila celotna površina plošče SnS2 katalitično aktivna, ne le "platforma" ali "robni" elementi v strukturi. To pojasnjuje tudi, zakaj ima 2D-SnS2 večjo aktivnost v primerjavi z razsutim SnS2.
Izračuni omogočajo nadaljnji vpogled v kemijske reakcije, ki potekajo. Zlasti je bilo ugotovljeno, da je tvorba mravljinčne kisline energetsko ugodna reakcijska pot, kadar se kot katalizator uporabi 2D SnS2.
Ugotovitve Takahashija in sodelavcev pomenijo pomemben korak k uporabi dvodimenzionalnih elektrokatalizatorjev v aplikacijah za elektrokemično redukcijo CO2. Znanstveniki navajajo: »Ti rezultati bodo omogočili boljše razumevanje in razvoj dvodimenzionalne strategije elektrokatalize kovinskih dihalkogenidov za elektrokemijsko redukcijo ogljikovega dioksida za proizvodnjo ogljikovodikov, alkoholov, maščobnih kislin in alkenov brez stranskih učinkov.«
Dvodimenzionalne (2D) plošče (ali monosloji) kovinskih dihalkogenidov so materiali tipa MX2, kjer je M atom kovine, kot je molibden (Mo) ali kositer (Sn), X pa atom halkogena, kot je žveplo (C). Strukturo lahko izrazimo kot plast atomov X na vrhu plasti atomov M, ki se nato nahaja na plasti atomov X. Dvodimenzionalni kovinski dihalkogenidi spadajo v razred tako imenovanih dvodimenzionalnih materialov (kamor spada tudi grafen), kar pomeni, da so tanki. 2D materiali imajo pogosto drugačne fizikalne lastnosti kot njihovi 3D-razsežni dvojniki.
Dvodimenzionalni kovinski dihalkogenidi so bili raziskani glede njihove elektrokatalitične aktivnosti v reakciji sproščanja vodika (HER), kemičnem procesu, ki proizvaja vodik. Zdaj pa so Yasufumi Takahashi in sodelavci z Univerze v Kanazawi ugotovili, da dvodimenzionalni kovinski dihalkogenid SnS2 ne kaže katalitične aktivnosti HER; to je izjemno pomembna lastnost v strateškem kontekstu poti.
Yusuke Kawabe, Yoshikazu Ito, Yuta Hori, Suresh Kukunuri, Fumiya Shiokawa, Tomohiko Nishiuchi, Samuel Chon, Kosuke Katagiri, Zeyu Xi, Chikai Lee, Yasuteru Shigeta in Yasufumi Takahashi. Plošča 1T/1H-SnS2 za elektrokemijski prenos CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Naslov: Skenirni poskusi z elektrokemijsko mikroskopijo celic za preučevanje katalitične aktivnosti SnS2 plasti za zmanjšanje emisij CO2.
Nanobiološki inštitut Univerze Kanazawa (NanoLSI) je bil ustanovljen leta 2017 kot del programa vodilnega mednarodnega raziskovalnega centra MEXT. Cilj programa je ustvariti raziskovalni center svetovnega razreda. NanoLSI združuje najpomembnejše znanje na področju biološke vrstične sondne mikroskopije in vzpostavlja »tehnologijo nanoendoskopije« za neposredno slikanje, analizo in manipulacijo biomolekul, da bi pridobil vpogled v mehanizme, ki nadzorujejo življenjske pojave, kot so bolezni.
Univerza Kanazawa je kot vodilna splošnoizobraževalna univerza na obali Japonskega morja od svoje ustanovitve leta 1949 veliko prispevala k visokošolskemu izobraževanju in akademskim raziskavam na Japonskem. Univerza ima tri fakultete in 17 šol, ki ponujajo discipline, kot so medicina, računalništvo in humanistika.
Univerza se nahaja v Kanazawi, mestu, znanem po svoji zgodovini in kulturi, na obali Japonskega morja. Kanazawa je že od fevdalne dobe (1598–1867) uživala avtoriteten intelektualni ugled. Univerza Kanazawa je razdeljena na dva glavna kampusa, Kakuma in Takaramachi, in ima približno 10.200 študentov, od katerih je 600 mednarodnih študentov.
Oglejte si izvirno vsebino: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html