KANAZAWA, Japan, 8. lipnja 2023. /PRNewswire/ — Istraživači Sveučilišta Kanazawa izvještavaju kako se ultra tanki sloj kositrovog disulfida može koristiti za ubrzanje kemijske redukcije ugljičnog dioksida za ugljično neutralno društvo.
Recikliranje ugljikovog dioksida (CO2) koji se emitira iz industrijskih procesa nužnost je u hitnoj potrazi čovječanstva za održivim, ugljično neutralnim društvom. Iz tog razloga, elektrokatalizatori koji mogu učinkovito pretvoriti CO2 u druge manje štetne kemijske proizvode trenutno se široko proučavaju. Klasa materijala poznata kao dvodimenzionalni (2D) metalni dihalkogenidi kandidati su za elektrokatalizatore za pretvorbu CO, ali ti materijali često također potiču konkurentske reakcije, smanjujući njihovu učinkovitost. Yasufumi Takahashi i kolege s Instituta za nanobiološke znanosti Sveučilišta Kanazawa (WPI-NanoLSI) identificirali su dvodimenzionalni metalni dihalkogenid koji može učinkovito reducirati CO2 u mravlju kiselinu, ne samo prirodnog podrijetla. Štoviše, ova veza je međuprodukt kemijske sinteze.
Takahashi i kolege usporedili su katalitičku aktivnost dvodimenzionalnog disulfida (MoS2) i kositrovog disulfida (SnS2). Oba su dvodimenzionalni metalni dihalkogenidi, a potonji je od posebnog interesa jer je poznato da je čisti kositar katalizator za proizvodnju mravlje kiseline. Elektrokemijsko ispitivanje 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 proveli elektrokemijska mjerenja rasutog SnS2 praha i otkrili da je manje aktivan u katalitičkoj redukciji CO2.
Kako bi razumjeli gdje se nalaze katalitički aktivna mjesta u SnS2 i zašto 2D materijal postiže bolje rezultate od rasutog spoja, znanstvenici su koristili tehniku ​​nazvanu elektrokemijska mikroskopija skenirajućih ćelija (SECCM). SECCM se koristi kao nanopipeta, tvoreći elektrokemijsku 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. To također objašnjava zašto 2D SnS2 ima veću aktivnost u usporedbi s rasutim SnS2.
Izračuni pružaju daljnji uvid u kemijske reakcije koje se odvijaju. Posebno je utvrđeno da je stvaranje mravlje kiseline energetski povoljan reakcijski put kada se 2D SnS2 koristi kao katalizator.
Nalazi Takahashija i kolega označavaju važan korak prema korištenju dvodimenzionalnih elektrokatalizatora u primjenama elektrokemijske redukcije CO2. Znanstvenici navode: „Ovi rezultati omogućit će bolje razumijevanje i razvoj dvodimenzionalne strategije elektrokatalize metalnih dihalkogenida za elektrokemijsku redukciju ugljikovog 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, poput molibdena (Mo) ili kositra (Sn), a X je atom halkogena, poput sumpora (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 uključuje grafen), što znači da su tanki. 2D materijali često imaju drugačija fizikalna svojstva od svojih rasutih (3D) pandana.
Dvodimenzionalni metalni dihalkogenidi istraživani su zbog svoje elektrokatalitičke aktivnosti u reakciji izdvajanja vodika (HER), kemijskom procesu koji proizvodi vodik. No, sada su Yasufumi Takahashi i kolege sa Sveučilišta 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 elektrokemijski prijenos CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Naslov: Eksperimenti skeniranja elektrokemijske mikroskopije stanica za proučavanje katalitičke aktivnosti SnS2 slojeva s ciljem smanjenja emisija CO2.
Nanobiološki institut Sveučilišta Kanazawa (NanoLSI) osnovan je 2017. godine kao dio programa vodećeg svjetskog međunarodnog istraživačkog centra MEXT. Cilj programa je stvaranje istraživačkog centra svjetske klase. Kombinirajući najvažnija znanja iz biološke skenirajuće sondne mikroskopije, NanoLSI uspostavlja „tehnologiju nanoendoskopije“ za izravno snimanje, analizu i manipulaciju biomolekula kako bi se dobio uvid u mehanizme koji kontroliraju životne pojave poput bolesti.
Kao vodeće općeobrazovno sveučilište na obali Japanskog mora, Sveučilište Kanazawa dalo je veliki doprinos visokom obrazovanju i akademskim istraživanjima u Japanu od svog osnutka 1949. godine. Sveučilište ima tri fakulteta i 17 škola koje nude discipline poput medicine, računarstva i humanističkih znanosti.
Sveučilište se nalazi u Kanazawi, gradu poznatom po svojoj povijesti i kulturi, na obali Japanskog mora. Od feudalnog doba (1598.-1867.) Kanazawa uživa autoritativan intelektualni ugled. Sveučilište Kanazawa podijeljeno je na dva glavna kampusa, Kakuma i Takaramachi, i ima oko 10 200 studenata, od kojih je 600 međunarodnih studenata.
Pogledajte izvorni sadržaj: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html