KANAZAWA, Japan, 8 Junie 2023 /PRNewswire/ — Navorsers van die Universiteit van Kanazawa rapporteer hoe 'n ultra-dun lagie tin disulfied gebruik kan word om die chemiese vermindering van koolstofdioksied te versnel vir 'n koolstofneutrale samelewing.
Die herwinning van koolstofdioksied (CO2) wat deur industriële prosesse vrygestel word, is 'n noodsaaklikheid in die mensdom se dringende soeke na 'n volhoubare, koolstofneutrale samelewing. Om hierdie rede word elektrokatalisators wat CO2 doeltreffend in ander minder skadelike chemiese produkte kan omskakel, tans wyd bestudeer. 'n Klas materiale bekend as tweedimensionele (2D) metaaldikalkogeniede is kandidate as elektrokatalisators vir CO-omskakeling, maar hierdie materiale bevorder dikwels ook mededingende reaksies, wat hul doeltreffendheid verminder. Yasufumi Takahashi en kollegas aan die Kanazawa Universiteit se Nanobiology Science Institute (WPI-NanoLSI) het 'n tweedimensionele metaaldikalkogenied geïdentifiseer wat CO2 effektief tot mieresuur kan reduseer, nie net van natuurlike oorsprong nie. Boonop is hierdie verbinding 'n tussenproduk van chemiese sintese.
Takahashi en kollegas het die katalitiese aktiwiteit van tweedimensionele disulfied (MoS2) en tindisulfied (SnS2) vergelyk. Beide is tweedimensionele metaaldichalkogeniede, laasgenoemde is van besondere belang omdat suiwer tin bekend is as 'n katalisator vir die produksie van mieresuur. Elektrochemiese toetsing van hierdie verbindings het getoon dat die waterstofontwikkelingsreaksie (HER) versnel word deur MoS2 te gebruik in plaas van CO2-omskakeling. HER verwys na 'n reaksie wat waterstof produseer, wat nuttig is wanneer waterstofbrandstof geproduseer word, maar in die geval van CO2-reduksie is dit 'n ongewenste mededingende proses. Aan die ander kant het SnS2 goeie CO2-reduserende aktiwiteit getoon en HER geïnhibeer. Die navorsers het ook elektrochemiese metings van grootmaat SnS2-poeier geneem en gevind dat dit minder aktief was in katalitiese reduksie van CO2.
Om te verstaan ​​waar die katalisties aktiewe plekke in SnS2 geleë is en waarom 'n 2D-materiaal beter presteer as 'n massaverbinding, het die wetenskaplikes 'n tegniek genaamd skanderingsel-elektrochemiese mikroskopie (SECCM) gebruik. Die SECCM word as 'n nanopipet gebruik, wat 'n nanoskaal-meniskusvormige elektrochemiese sel vorm vir probes wat sensitief is vir oppervlakreaksies op monsters. Die metings het getoon dat die hele oppervlak van die SnS2-plaat katalisties aktief was, nie net die "platform"- of "rand"-elemente in die struktuur nie. Dit verklaar ook waarom 2D SnS2 hoër aktiwiteit het in vergelyking met massa-SnS2.
Berekeninge bied verdere insig in die chemiese reaksies wat plaasvind. In die besonder is die vorming van miersuur geïdentifiseer as 'n energiek gunstige reaksieroete wanneer 2D SnS2 as 'n katalisator gebruik word.
Die bevindinge van Takahashi en kollegas dui op 'n belangrike stap in die rigting van die gebruik van tweedimensionele elektrokatalisators in elektrochemiese CO2-verminderingstoepassings. Die wetenskaplikes noem: "Hierdie resultate sal 'n beter begrip en ontwikkeling van 'n tweedimensionele metaaldichalkogenied-elektrokatalise-strategie vir die elektrochemiese reduksie van koolstofdioksied bied om koolwaterstowwe, alkohole, vetsure en alkene sonder newe-effekte te produseer."
Tweedimensionele (2D) velle (of monolae) van metaaldikalkogeniede is MX2-tipe materiale waar M 'n metaalatoom is, soos molibdeen (Mo) of tin (Sn), en X 'n kalkogeenatoom is, soos swael (C). Die struktuur kan uitgedruk word as 'n laag X-atome bo-op 'n laag M-atome, wat weer op 'n laag X-atome geleë is. Tweedimensionele metaaldikalkogeniede behoort aan 'n klas sogenaamde tweedimensionele materiale (wat ook grafeen insluit), wat beteken dat hulle dunner word. 2D-materiale het dikwels verskillende fisiese eienskappe as hul grootmaat (3D) eweknieë.
Tweedimensionele metaaldikalkogeniede is ondersoek vir hul elektrokatalitiese aktiwiteit in die waterstofontwikkelingsreaksie (HER), 'n chemiese proses wat waterstof produseer. Maar nou het Yasufumi Takahashi en kollegas aan die Universiteit van Kanazawa bevind dat die tweedimensionele metaaldikalkogenied SnS2 nie HER-katalitiese aktiwiteit vertoon nie; dit is 'n uiters belangrike eienskap in die strategiese konteks van die roete.
Yusuke Kawabe, Yoshikazu Ito, Yuta Hori, Suresh Kukunuri, Fumiya Shiokawa, Tomohiko Nishiuchi, Samuel Chon, Kosuke Katagiri, Zeyu Xi, Chikai Lee, Yasuteru Shigeta en Yasufumi Takahashi. Plaat 1T/1H-SnS2 vir elektrochemiese oordrag van CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Titel: Skandeereksperimente op elektrochemiese mikroskopie van selle om die katalitiese aktiwiteit van SnS2-velle te bestudeer om CO2-uitlatings te verminder.
Die Nanobiologiese Instituut van die Universiteit van Kanazawa (NanoLSI) is in 2017 gestig as deel van die program van die wêreld se toonaangewende internasionale navorsingsentrum MEXT. Die doel van die program is om 'n wêreldklas-navorsingsentrum te skep. Deur die belangrikste kennis in biologiese skanderingssondemikroskopie te kombineer, vestig NanoLSI "nanoendoskopietegnologie" vir direkte beeldvorming, analise en manipulasie van biomolekules om insig te verkry in die meganismes wat lewensverskynsels soos siektes beheer.
As 'n toonaangewende algemene onderwysuniversiteit aan die kus van die See van Japan, het Kanazawa Universiteit sedert sy stigting in 1949 groot bydraes gelewer tot hoër onderwys en akademiese navorsing in Japan. Die universiteit het drie kolleges en 17 skole wat dissiplines soos medisyne, rekenaarkunde en die geesteswetenskappe aanbied.
Die universiteit is geleë in Kanazawa, 'n stad bekend vir sy geskiedenis en kultuur, aan die kus van die See van Japan. Sedert die feodale era (1598-1867) het Kanazawa 'n gesaghebbende intellektuele prestige geniet. Die Universiteit van Kanazawa is verdeel in twee hoofkampusse, Kakuma en Takaramachi, en het ongeveer 10 200 studente, waarvan 600 internasionale studente is.
Bekyk oorspronklike inhoud: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html