KANAZAVA, Japonija, 2023 m. birželio 8 d. /PRNewswire/ – Kanadzavos universiteto mokslininkai praneša, kaip itin plonas alavo disulfido sluoksnis gali būti panaudotas anglies dioksido cheminiam redukavimui paspartinti, siekiant anglies dioksido požiūriu neutralios visuomenės.
Pramoninių procesų metu išsiskiriančio anglies dioksido (CO2) perdirbimas yra būtinas žmonijos neatidėliotinam siekiui sukurti tvarią, anglies dioksido požiūriu neutralią visuomenę. Dėl šios priežasties šiuo metu plačiai tiriami elektrokatalizatoriai, galintys efektyviai paversti CO2 kitais mažiau kenksmingais cheminiais produktais. Medžiagų klasė, žinoma kaip dvimatiai (2D) metalo dichalkogenidai, yra kandidatės kaip elektrokatalizatoriai CO konversijai, tačiau šios medžiagos dažnai taip pat skatina konkuruojančias reakcijas, mažindamos jų efektyvumą. Yasufumi Takahashi ir jo kolegos iš Kanadzavos universiteto Nanobiologijos mokslo instituto (WPI-NanoLSI) nustatė dvimatį metalo dichalkogenidą, kuris gali efektyviai redukuoti CO2 iki skruzdžių rūgšties, ne tik natūralios kilmės. Be to, ši jungtis yra tarpinė cheminės sintezės grandis.
Takahashi ir kolegos palygino dvimačio disulfido (MoS2) ir alavo disulfido (SnS2) katalizinį aktyvumą. Abu yra dvimačiai metalų dichalkogenidai, pastarasis yra ypač įdomus, nes grynas alavas yra žinomas kaip skruzdžių rūgšties gamybos katalizatorius. Šių junginių elektrocheminiai tyrimai parodė, kad vandenilio išsiskyrimo reakcija (HER) pagreitėja naudojant MoS2, o ne CO2 konversiją. HER reiškia reakciją, kurios metu susidaro vandenilis, kuris yra naudingas siekiant gaminti vandenilio kurą, tačiau CO2 redukcijos atveju tai yra nepageidaujamas konkuruojantis procesas. Kita vertus, SnS2 pasižymėjo geru CO2 redukciniu aktyvumu ir slopino HER. Tyrėjai taip pat atliko elektrocheminius birių SnS2 miltelių matavimus ir nustatė, kad jie buvo mažiau aktyvūs kataliziškai redukuojant CO2.
Norėdami suprasti, kur SnS₂ yra kataliziškai aktyvios vietos ir kodėl 2D medžiaga veikia geriau nei birus junginys, mokslininkai panaudojo techniką, vadinamą skenuojančios ląstelės elektrochemine mikroskopija (SECCM). SECCM naudojama kaip nanopipetė, suformuojanti nanoskalės menisko formos elektrocheminę ląstelę zondams, jautriems mėginių paviršiaus reakcijoms. Matavimai parodė, kad visas SnS₂ lakšto paviršius buvo kataliziškai aktyvus, o ne tik „platformos“ ar „krašto“ elementai struktūroje. Tai taip pat paaiškina, kodėl 2D SnS₂ pasižymi didesniu aktyvumu, palyginti su biriu SnS₂.
Skaičiavimai suteikia daugiau informacijos apie vykstančias chemines reakcijas. Visų pirma, skruzdžių rūgšties susidarymas buvo nustatytas kaip energetiškai palankus reakcijos kelias, kai kaip katalizatorius naudojamas 2D SnS₂.
Takahashi ir kolegų išvados žymi svarbų žingsnį link dvimačių elektrokatalizatorių naudojimo elektrocheminio CO2 mažinimo srityje. Mokslininkai teigia: „Šie rezultatai leis geriau suprasti ir sukurti dvimatės metalų dichalkogenidų elektrokatalizės strategiją, skirtą anglies dioksido elektrocheminei redukcijai, siekiant gauti angliavandenilius, alkoholius, riebalų rūgštis ir alkenus be šalutinio poveikio.“
Dvimačiai (2D) metalo dichalkogenidų lakštai (arba monosluoksniai) yra MX2 tipo medžiagos, kur M yra metalo atomas, pvz., molibdenas (Mo) arba alavas (Sn), o X yra chalkogeno atomas, pvz., siera (C). Struktūrą galima išreikšti kaip X atomų sluoksnį ant M atomų sluoksnio, kuris savo ruožtu yra ant X atomų sluoksnio. Dvimačiai metalo dichalkogenidai priklauso vadinamųjų dvimačių medžiagų klasei (kuriai taip pat priklauso grafenas), o tai reiškia, kad jie plonėja. 2D medžiagos dažnai pasižymi skirtingomis fizinėmis savybėmis nei jų tūriniai (3D) atitikmenys.
Dviejų dimensijų metalų dichalkogenidų elektrokatalizinis aktyvumas vandenilio išsiskyrimo reakcijoje (HER) – cheminiame procese, kurio metu susidaro vandenilis – buvo tirtas. Tačiau dabar Yasufumi Takahashi ir jo kolegos iš Kanadzavos universiteto nustatė, kad dvimatis metalų dichalkogenidas SnS2 nepasižymi HER kataliziniu aktyvumu; tai itin svarbi savybė strateginiame tako kontekste.
Yusuke Kawabe, Yoshikazu Ito, Yuta Hori, Suresh Kukunuri, Fumiya Shiokawa, Tomohiko Nishiuchi, Samuel Chon, Kosuke Katagiri, Zeyu Xi, Chikai Lee, Yasuteru Shigeta ir Yasufumi Takahashi. Plokštelė 1T/1H-SnS2, skirta elektrocheminiam CO2 perdavimui, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Pavadinimas: Elektrocheminės ląstelių mikroskopijos skenavimo eksperimentai, skirti SnS2 lakštų kataliziniam aktyvumui tirti siekiant sumažinti CO2 išmetimą.
Kanadzavos universiteto Nanobiologijos institutas (NanoLSI) buvo įkurtas 2017 m., kaip pasaulyje pirmaujančio tarptautinio tyrimų centro MEXT programos dalis. Programos tikslas – sukurti pasaulinio lygio tyrimų centrą. Apjungdamas svarbiausias biologinės skenuojančios zondinės mikroskopijos žinias, „NanoLSI“ sukuria „nanoendoskopijos technologiją“, skirtą tiesioginiam biomolekulių vaizdavimui, analizei ir manipuliavimui, siekiant suprasti mechanizmus, kontroliuojančius tokius gyvybės reiškinius kaip ligos.
Kanadzavos universitetas, kaip pirmaujantis bendrojo lavinimo universitetas Japonijos jūros pakrantėje, nuo pat įkūrimo 1949 m. labai prisidėjo prie aukštojo mokslo ir akademinių tyrimų Japonijoje. Universitete yra trys kolegijos ir 17 mokyklų, siūlančių tokias disciplinas kaip medicina, informatika ir humanitariniai mokslai.
Universitetas yra Kanadzavoje, mieste, garsėjančiame savo istorija ir kultūra, Japonijos jūros pakrantėje. Nuo feodalinės eros (1598–1867 m.) Kanadzava džiaugėsi autoritetingu intelektualiniu prestižu. Kanadzavos universitetas yra padalintas į du pagrindinius miestelius – Kakumą ir Takaramačį – ir jame studijuoja apie 10 200 studentų, iš kurių 600 yra tarptautiniai studentai.
Peržiūrėti originalų turinį: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html