КАНАЗАВА, Јапан, 8. јун 2023. /PRNewswire/ — Истраживачи Универзитета Каназава извештавају како се ултратанки слој калај дисулфида може користити за убрзавање хемијске редукције угљен-диоксида за угљенично неутрално друштво.
Рециклирање угљен-диоксида (CO2) који се емитује из индустријских процеса је неопходно у хитној потрази човечанства за одрживим, угљенично неутралним друштвом. Из тог разлога, електрокатализатори који могу ефикасно претворити CO2 у друге мање штетне хемијске производе тренутно се широко проучавају. Класа материјала познатих као дводимензионални (2D) метални дихалкогениди су кандидати за електрокатализаторе за конверзију CO, али ови материјали често такође подстичу конкурентске реакције, смањујући њихову ефикасност. Јасуфуми Такахаши и колеге са Института за нанобиолошке науке Универзитета Каназава (WPI-NanoLSI) идентификовали су дводимензионални метални дихалкогенид који може ефикасно редуковати CO2 у мрављу киселину, не само природног порекла. Штавише, ова веза је посредни производ хемијске синтезе.
Такахаши и колеге су упоредили каталитичку активност дводимензионалног дисулфида (MoS2) и калај дисулфида (SnS2). Оба су дводимензионални метални дихалкогениди, а овај други је од посебног интереса јер је познато да је чисти калај катализатор за производњу мравље киселине. Електрохемијско тестирање ових једињења показало је да се реакција издвајања водоника (HER) убрзава коришћењем MoS2 уместо конверзије CO2. HER се односи на реакцију која производи водоник, што је корисно када се намерава производња водоничног горива, али у случају редукције CO2, то је непожељан конкурентски процес. С друге стране, SnS2 је показао добру активност редукције CO2 и инхибирао је HER. Истраживачи су такође извршили електрохемијска мерења расутог SnS2 праха и открили да је мање активан у каталитичкој редукцији CO2.
Да би разумели где се налазе каталитички активна места у SnS2 и зашто дводимензионални материјал боље функционише од једињења у расутом стању, научници су користили технику названу електрохемијска микроскопија скенирајуће ћелије (SECCM). SECCM се користи као нанопипета, формирајући електрохемијску ћелију у облику наноразмерног менискуса за сонде које су осетљиве на површинске реакције на узорцима. Мерења су показала да је цела површина SnS2 плоче каталитички активна, а не само „платформа“ или „ивични“ елементи у структури. Ово такође објашњава зашто дводимензионални SnS2 има већу активност у поређењу са SnS2 у расутом стању.
Прорачуни пружају даљи увид у хемијске реакције које се одвијају. Конкретно, формирање мравље киселине је идентификовано као енергетски повољан реакциони пут када се 2D SnS2 користи као катализатор.
Налази Такахашија и колега означавају важан корак ка употреби дводимензионалних електрокатализатора у применама електрохемијске редукције CO2. Научници наводе: „Ови резултати ће омогућити боље разумевање и развој дводимензионалне стратегије електрокатализе металних дихалкогенида за електрохемијску редукцију угљен-диоксида ради производње угљоводоника, алкохола, масних киселина и алкена без нежељених ефеката.“
Дводимензионални (2Д) листови (или монослојеви) металних дихалкогенида су материјали типа MX2 где је M атом метала, као што је молибден (Mo) или калај (Sn), а X је атом халкогена, као што је сумпор (C). Структура се може изразити као слој X атома на врху слоја M атома, који се заузврат налази на слоју X атома. Дводимензионални метални дихалкогениди припадају класи такозваних дводимензионалних материјала (који такође укључују графен), што значи да су танки. 2Д материјали често имају другачија физичка својства од својих расутих (3Д) пандана.
Дводимензионални метални дихалкогениди су испитивани због своје електрокаталитичке активности у реакцији издвајања водоника (HER), хемијском процесу који производи водоник. Али сада су Јасуфуми Такахаши и колеге са Универзитета у Каназови открили да дводимензионални метални дихалкогенид SnS2 не показује HER каталитичку активност; ово је изузетно важно својство у стратешком контексту истраживања.
Јусуке Кавабе, Јошиказу Ито, Јута Хори, Суреш Кукунури, Фумија Шиокава, Томохико Нишиучи, Самјуел Чон, Косуке Катагири, Зеју Кси, Чикаи Ли, Јасутеру Шигета и Јасуфуми Такахаши. Плоча 1Т/1Х-СнС2 за електрохемијски пренос ЦО2, АЦС КСКС, КСКСКС–КСКСКС (2023).
Наслов: Експерименти скенирања електрохемијске микроскопије ћелија за проучавање каталитичке активности SnS2 листова у циљу смањења емисије CO2.
Нанобиолошки институт Универзитета Каназава (NanoLSI) основан је 2017. године као део програма водећег светског међународног истраживачког центра MEXT. Циљ програма је стварање истраживачког центра светске класе. Комбинујући најважнија знања из биолошке скенирајуће сондне микроскопије, NanoLSI успоставља „наноендоскопску технологију“ за директно снимање, анализу и манипулацију биомолекулима како би се стекао увид у механизме који контролишу животне феномене попут болести.
Као водећи универзитет општег образовања на обали Јапанског мора, Универзитет Каназава је дао велики допринос високом образовању и академским истраживањима у Јапану од свог оснивања 1949. године. Универзитет има три колеџа и 17 школа које нуде дисциплине као што су медицина, рачунарство и хуманистичке науке.
Универзитет се налази у Каназови, граду познатом по својој историји и култури, на обали Јапанског мора. Од феудалног доба (1598-1867), Каназава је уживала ауторитативни интелектуални углед. Универзитет Каназава је подељен на два главна кампуса, Какума и Такарамачи, и има око 10.200 студената, од којих је 600 међународних студената.
Погледајте оригинални садржај: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html