KANAZAWA, Japan, 8. juni 2023. /PRNewswire/ — Istraživači Univerziteta Kanazawa izvještavaju kako se ultra tanki sloj kalaj disulfida može koristiti za ubrzanje hemijske redukcije ugljičnog dioksida za ugljično neutralno društvo.
Recikliranje ugljičnog dioksida (CO2) koji se emituje iz industrijskih procesa je neophodno u hitnoj potrazi čovječanstva za održivim, ugljično neutralnim društvom. Iz tog razloga, elektrokatalizatori koji mogu efikasno pretvoriti CO2 u druge manje štetne hemijske proizvode trenutno se široko proučavaju. Klasa materijala poznata kao dvodimenzionalni (2D) metalni dihalkogenidi su kandidati kao elektrokatalizatori za konverziju CO, ali ovi materijali često također potiču konkurentske reakcije, smanjujući njihovu efikasnost. Yasufumi Takahashi i kolege sa Instituta za nanobiologiju Univerziteta Kanazawa (WPI-NanoLSI) identificirali su dvodimenzionalni metalni dihalkogenid koji može efikasno reducirati CO2 u mravlju kiselinu, ne samo prirodnog porijekla. Štaviše, ova veza je međuprodukt hemijske sinteze.
Takahashi i kolege uporedili su katalitičku aktivnost dvodimenzionalnog disulfida (MoS2) i kalaj disulfida (SnS2). Oba su dvodimenzionalni metalni dihalkogenidi, pri čemu je potonji od posebnog interesa jer je poznato da je čisti kalaj katalizator za proizvodnju mravlje kiseline. Elektrohemijsko testiranje ovih spojeva pokazalo je da se reakcija izdvajanja vodika (HER) ubrzava korištenjem MoS2 umjesto konverzije CO2. HER se odnosi na reakciju koja proizvodi vodik, što je korisno kada se namjerava proizvesti vodikovo gorivo, ali u slučaju redukcije CO2, to je nepoželjan konkurentski proces. S druge strane, SnS2 je pokazao dobru aktivnost smanjenja CO2 i inhibirao je HER. Istraživači su također izvršili elektrohemijska mjerenja rasutog SnS2 praha i otkrili da je manje aktivan u katalitičkoj redukciji CO2.
Da bi razumjeli gdje se nalaze katalitički aktivna mjesta u SnS2 i zašto 2D materijal postiže bolje rezultate od rasutog spoja, naučnici su koristili tehniku ​​koja se naziva elektrohemijska mikroskopija skenirajućih ćelija (SECCM). SECCM se koristi kao nanopipeta, formirajući elektrohemijsku ćeliju u obliku nanoskalnog meniskusa za sonde koje su osjetljive na površinske reakcije na uzorcima. Mjerenja su pokazala da je cijela površina SnS2 sloja katalitički aktivna, a ne samo "platforma" ili "rubni" elementi u strukturi. Ovo također objašnjava zašto 2D SnS2 ima veću aktivnost u poređenju sa rasutim SnS2.
Proračuni pružaju dodatni uvid u hemijske reakcije koje se odvijaju. Konkretno, formiranje mravlje kiseline je identifikovano kao energetski povoljan reakcijski put kada se 2D SnS2 koristi kao katalizator.
Nalazi Takahashija i kolega označavaju važan korak ka upotrebi dvodimenzionalnih elektrokatalizatora u primjenama elektrohemijske redukcije CO2. Naučnici navode: „Ovi rezultati će omogućiti bolje razumijevanje i razvoj dvodimenzionalne strategije elektrokatalize metalnih dihalkogenida za elektrohemijsku redukciju ugljen-dioksida radi proizvodnje ugljikovodika, alkohola, masnih kiselina i alkena bez nuspojava.“
Dvodimenzionalni (2D) listovi (ili monoslojevi) metalnih dihalkogenida su materijali tipa MX2 gdje je M atom metala, kao što je molibden (Mo) ili kalaj (Sn), a X je atom halkogena, kao što je sumpor (C). Struktura se može izraziti kao sloj atoma X na vrhu sloja atoma M, koji se pak nalazi na sloju atoma X. Dvodimenzionalni metalni dihalkogenidi pripadaju klasi takozvanih dvodimenzionalnih materijala (koji također uključuju grafen), što znači da su tanki. 2D materijali često imaju drugačija fizička svojstva od svojih 3D pandana.
Dvodimenzionalni metalni dihalkogenidi su istraživani zbog svoje elektrokatalitičke aktivnosti u reakciji izdvajanja vodonika (HER), hemijskom procesu koji proizvodi vodonik. Ali sada su Yasufumi Takahashi i kolege sa Univerziteta Kanazawa otkrili da dvodimenzionalni metalni dihalkogenid SnS2 ne pokazuje HER katalitičku aktivnost; ovo je izuzetno važno svojstvo u strateškom kontekstu istraživanja.
Yusuke Kawabe, Yoshikazu Ito, Yuta Hori, Suresh Kukunuri, Fumiya Shiokawa, Tomohiko Nishiuchi, Samuel Chon, Kosuke Katagiri, Zeyu Xi, Chikai Lee, Yasuteru Shigeta i Yasufumi Takahashi. Ploča 1T/1H-SnS2 za elektrohemijski prenos CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Naslov: Eksperimenti skeniranja elektrohemijske mikroskopije ćelija za proučavanje katalitičke aktivnosti SnS2 slojeva u cilju smanjenja emisije CO2.
Nanobiološki institut Univerziteta Kanazawa (NanoLSI) osnovan je 2017. godine kao dio programa vodećeg svjetskog međunarodnog istraživačkog centra MEXT. Cilj programa je stvaranje istraživačkog centra svjetske klase. Kombinujući najvažnija znanja iz biološke skenirajuće sondne mikroskopije, NanoLSI uspostavlja „nanoendoskopsku tehnologiju“ za direktno snimanje, analizu i manipulaciju biomolekulima kako bi se dobio uvid u mehanizme koji kontrolišu životne fenomene poput bolesti.
Kao vodeći univerzitet općeg obrazovanja na obali Japanskog mora, Univerzitet Kanazawa je dao veliki doprinos visokom obrazovanju i akademskim istraživanjima u Japanu od svog osnivanja 1949. godine. Univerzitet ima tri fakulteta i 17 škola koje nude discipline poput medicine, računarstva i humanističkih nauka.
Univerzitet se nalazi u Kanazawi, gradu poznatom po svojoj historiji i kulturi, na obali Japanskog mora. Od feudalnog doba (1598-1867), Kanazawa uživa autoritativni intelektualni prestiž. Univerzitet Kanazawa je podijeljen na dva glavna kampusa, Kakuma i Takaramachi, i ima oko 10.200 studenata, od kojih je 600 međunarodnih studenata.
Pogledajte originalni sadržaj: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html