KANAZAWA, Japonsko, 8. júna 2023 /PRNewswire/ — Výskumníci z Univerzity Kanazawa informujú o tom, ako možno ultratenkú vrstvu disulfidu cínu použiť na urýchlenie chemickej redukcie oxidu uhličitého pre uhlíkovo neutrálnu spoločnosť.
Recyklácia oxidu uhličitého (CO2) emitovaného z priemyselných procesov je nevyhnutnosťou v naliehavom úsilí ľudstva o udržateľnú, uhlíkovo neutrálnu spoločnosť. Z tohto dôvodu sa v súčasnosti široko skúmajú elektrokatalyzátory, ktoré dokážu efektívne premieňať CO2 na iné, menej škodlivé chemické produkty. Trieda materiálov známych ako dvojrozmerné (2D) kovové dichalkogenidy sú kandidátmi na elektrokatalyzátory na premenu CO, ale tieto materiály často tiež podporujú konkurenčné reakcie, čím znižujú ich účinnosť. Yasufumi Takahashi a jeho kolegovia z Inštitútu nanobiologických vied (WPI-NanoLSI) Univerzity Kanazawa identifikovali dvojrozmerný kovový dichalkogenid, ktorý dokáže účinne redukovať CO2 na kyselinu mravčiu, nielen prírodného pôvodu. Navyše, toto spojenie je medzičlánkom, produktom chemickej syntézy.
Takahashi a kolegovia porovnali katalytickú aktivitu dvojrozmerného disulfidu (MoS2) a disulfidu cínu (SnS2). Oba sú dvojrozmerné kovové dichalkogenidy, pričom druhý je obzvlášť zaujímavý, pretože čistý cín je známy ako katalyzátor na výrobu kyseliny mravčej. Elektrochemické testovanie týchto zlúčenín ukázalo, že reakcia vývoja vodíka (HER) sa urýchľuje použitím MoS2 namiesto konverzie CO2. HER označuje reakciu, ktorá produkuje vodík, čo je užitočné pri zámere výroby vodíkového paliva, ale v prípade redukcie CO2 ide o nežiaduci konkurenčný proces. Na druhej strane, SnS2 vykazoval dobrú redukčnú aktivitu CO2 a inhiboval HER. Výskumníci tiež vykonali elektrochemické merania sypkého prášku SnS2 a zistili, že je menej aktívny pri katalytickej redukcii CO2.
Aby vedci pochopili, kde sa v SnS2 nachádzajú katalyticky aktívne miesta a prečo má 2D materiál lepšie výsledky ako objemová zlúčenina, použili techniku ​​nazývanú skenovacia bunková elektrochemická mikroskopia (SECCM). SECCM sa používa ako nanopipeta, ktorá vytvára elektrochemickú bunku v tvare nanorozmerného menisku pre sondy citlivé na povrchové reakcie na vzorkách. Merania ukázali, že celý povrch vrstvy SnS2 bol katalyticky aktívny, nielen „platforma“ alebo „okrajové“ prvky v štruktúre. To tiež vysvetľuje, prečo má 2D SnS2 vyššiu aktivitu v porovnaní s objemovým SnS2.
Výpočty poskytujú ďalší pohľad na prebiehajúce chemické reakcie. Najmä tvorba kyseliny mravčej bola identifikovaná ako energeticky výhodná reakčná cesta, keď sa ako katalyzátor použije 2D SnS2.
Zistenia Takahashiho a kolegov predstavujú dôležitý krok k použitiu dvojrozmerných elektrokatalyzátorov v aplikáciách elektrochemickej redukcie CO2. Vedci uvádzajú: „Tieto výsledky poskytnú lepšie pochopenie a vývoj dvojrozmernej stratégie elektrokatalýzy s kovovými dichalkogenidmi pre elektrochemickú redukciu oxidu uhličitého za vzniku uhľovodíkov, alkoholov, mastných kyselín a alkénov bez vedľajších účinkov.“
Dvojrozmerné (2D) fólie (alebo monovrstvy) kovových dichalkogenidov sú materiály typu MX2, kde M je atóm kovu, ako je molybdén (Mo) alebo cín (Sn), a X je atóm chalkogenu, ako je síra (C). Štruktúru možno vyjadriť ako vrstvu atómov X na vrchu vrstvy atómov M, ktorá sa zase nachádza na vrstve atómov X. Dvojrozmerné kovové dichalkogenidy patria do triedy tzv. dvojrozmerných materiálov (ktoré zahŕňajú aj grafén), čo znamená, že sú tenké. 2D materiály majú často odlišné fyzikálne vlastnosti ako ich objemové (3D) náprotivky.
Dvojrozmerné kovové dichalkogenidy boli skúmané z hľadiska ich elektrokatalytickej aktivity v reakcii vývoja vodíka (HER), čo je chemický proces, ktorý produkuje vodík. Teraz však Yasufumi Takahashi a jeho kolegovia z Univerzity v Kanazawe zistili, že dvojrozmerný kovový dichalkogenid SnS2 nevykazuje katalytickú aktivitu HER; to je mimoriadne dôležitá vlastnosť v strategickom kontexte tejto trasy.
Yusuke Kawabe, Yoshikazu Ito, Yuta Hori, Suresh Kukunuri, Fumiya Shiokawa, Tomohiko Nishiuchi, Samuel Chon, Kosuke Katagiri, Zeyu Xi, Chikai Lee, Yasuteru Shigeta a Yasufumi Takahashi. Doštička 1T/1H-SnS2 na elektrochemický prenos CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Názov: Skenovacie experimenty s elektrochemickou mikroskopiou buniek na štúdium katalytickej aktivity vrstiev SnS2 s cieľom znížiť emisie CO2.
Nanobiologický inštitút Univerzity Kanazawa (NanoLSI) bol založený v roku 2017 ako súčasť programu popredného svetového medzinárodného výskumného centra MEXT. Cieľom programu je vytvoriť výskumné centrum svetovej úrovne. Kombináciou najdôležitejších poznatkov v oblasti biologickej skenovacej sondovej mikroskopie NanoLSI zavádza „technológiu nanoendoskopie“ pre priame zobrazovanie, analýzu a manipuláciu s biomolekulami s cieľom získať prehľad o mechanizmoch, ktoré riadia životné javy, ako sú choroby.
Univerzita Kanazawa, popredná všeobecnovzdelávacia univerzita na pobreží Japonského mora, od svojho založenia v roku 1949 významne prispela k vyššiemu vzdelávaniu a akademickému výskumu v Japonsku. Univerzita má tri vysoké školy a 17 škôl, ktoré ponúkajú odbory ako medicína, informatika a humanitné vedy.
Univerzita sa nachádza v Kanazawe, meste známom svojou históriou a kultúrou, na pobreží Japonského mora. Od feudálnej éry (1598 – 1867) sa Kanazawa teší autoritatívnej intelektuálnej prestíži. Univerzita Kanazawa je rozdelená na dva hlavné kampusy, Kakuma a Takaramači, a má približne 10 200 študentov, z ktorých 600 sú zahraniční študenti.
Zobraziť pôvodný obsah: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html