KANAZAWA, Japanio, 8-a de junio 2023 /PRNewswire/ — Esploristoj de la Universitato Kanazawa raportas kiel ultra-maldika tavolo de stana disulfido povas esti uzata por akceli la kemian redukton de karbondioksido por karbon-neŭtrala socio.
Reciklado de karbondioksido (CO2) elsendita de industriaj procezoj estas neceso en la urĝa serĉado de la homaro por daŭripova, karbon-neŭtrala socio. Pro ĉi tiu kialo, elektrokataliziloj, kiuj povas efike konverti CO2 en aliajn malpli damaĝajn kemiajn produktojn, estas nuntempe vaste studataj. Klaso de materialoj konataj kiel dudimensiaj (2D) metalaj dikalkogenidoj estas kandidatoj kiel elektrokataliziloj por CO-konverto, sed ĉi tiuj materialoj ofte ankaŭ antaŭenigas konkurencajn reakciojn, reduktante ilian efikecon. Yasufumi Takahashi kaj kolegoj ĉe la Nanobiologia Scienca Instituto (WPI-NanoLSI) de la Universitato Kanazawa identigis dudimensian metalan dikalkogenidon, kiu povas efike redukti CO2 al formika acido, ne nur de natura origino. Krome, ĉi tiu ligo estas meza ligo, produkto de kemia sintezo.
Takahashi kaj kolegoj komparis la katalizan aktivecon de dudimensia disulfido (MoS2) kaj stana disulfido (SnS2). Ambaŭ estas dudimensiaj metalaj diĥalkogenidoj, ĉi-lasta estas aparte interesa ĉar pura stano estas konata kiel katalizilo por la produktado de formika acido. Elektrokemia testado de ĉi tiuj kombinaĵoj montris, ke la hidrogena evoluiga reakcio (HER) estas akcelita uzante MoS2 anstataŭ CO2-konverton. HER rilatas al reakcio, kiu produktas hidrogenon, kio estas utila kiam oni intencas produkti hidrogenan fuelon, sed en la kazo de CO2-redukto, ĝi estas nedezirinda konkuranta procezo. Aliflanke, SnS2 montris bonan CO2-reduktan aktivecon kaj inhibis HER. La esploristoj ankaŭ faris elektrokemiajn mezuradojn de groca SnS2-pulvoro kaj trovis, ke ĝi estis malpli aktiva en la kataliza redukto de CO2.
Por kompreni kie la katalize aktivaj lokoj troviĝas en SnS2 kaj kial 2D materialo funkcias pli bone ol groca kombinaĵo, la sciencistoj uzis teknikon nomatan skana ĉela elektrokemia mikroskopio (SECCM). La SECCM estas uzata kiel nanopipeto, formante nanoskalan meniskoforman elektrokemian ĉelon por sondiloj, kiuj estas sentemaj al surfacaj reakcioj sur specimenoj. La mezuradoj montris, ke la tuta surfaco de la SnS2-tavolo estis katalize aktiva, ne nur la "platformaj" aŭ "randaj" elementoj en la strukturo. Ĉi tio ankaŭ klarigas kial 2D SnS2 havas pli altan aktivecon kompare kun groca SnS2.
Kalkuloj provizas pliajn komprenojn pri la kemiaj reakcioj, kiuj okazas. Aparte, la formado de formika acido estis identigita kiel energie favora reakcia vojo kiam 2D ​​SnS2 estas uzata kiel katalizilo.
La rezultoj de Takahashi kaj kolegoj markas gravan paŝon al la uzo de dudimensiaj elektrokataliziloj en elektrokemiaj aplikoj por redukti CO2. La sciencistoj citas: "Ĉi tiuj rezultoj provizos pli bonan komprenon kaj disvolvon de dudimensia strategio por elektrokatalizo kun metala diĥalkogenido por la elektrokemia redukto de karbondioksido por produkti hidrokarbidojn, alkoholojn, grasacidojn kaj alkenojn sen kromefikoj."
Dudimensiaj (2D) tavoloj (aŭ unutavoloj) de metalaj diĥalkogenidoj estas materialoj de la tipo MX2, kie M estas metala atomo, kiel ekzemple molibdeno (Mo) aŭ stano (Sn), kaj X estas kalkogena atomo, kiel ekzemple sulfuro (C). La strukturo povas esti esprimita kiel tavolo de X-atomoj sur tavolo de M-atomoj, kiu siavice situas sur tavolo de X-atomoj. Dudimensiaj metalaj diĥalkogenidoj apartenas al klaso de tiel nomataj dudimensiaj materialoj (kiu ankaŭ inkluzivas grafenon), kio signifas, ke ili maldikiĝas. 2D-materialoj ofte havas malsamajn fizikajn ecojn ol siaj grocaj (3D) ekvivalentoj.
Dudimensiaj metalaj dikalkogenidoj estis esploritaj pro sia elektrokataliza aktiveco en la hidrogena evoluiga reakcio (HER), kemia procezo kiu produktas hidrogenon. Sed nun, Yasufumi Takahashi kaj kolegoj ĉe la Universitato de Kanazawa trovis, ke la dudimensia metala dikalkogenido SnS2 ne montras HER-katalizan aktivecon; ĉi tio estas ekstreme grava eco en la strategia kunteksto de la esploro.
Yusuke Kawabe, Yoshikazu Ito, Yuta Hori, Suresh Kukunuri, Fumiya Shiokawa, Tomohiko Nishiuchi, Samuel Chon, Kosuke Katagiri, Zeyu Xi, Chikai Lee, Yasuteru Shigeta kaj Yasufumi Takahashi. Telero 1T/1H-SnS2 por elektrokemia translokigo de CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Titolo: Skanadaj eksperimentoj pri elektrokemia mikroskopio de ĉeloj por studi la katalizan aktivecon de SnS2-tavoloj por redukti CO2-emisiojn.
La Nanobiologia Instituto de la Universitato de Kanazawa (NanoLSI) estis establita en 2017 kiel parto de la programo de la ĉefa internacia esplorcentro de la mondo, MEXT. La celo de la programo estas krei mondnivelan esplorcentron. Kombinante la plej gravajn sciojn pri biologia skana sondmikroskopio, NanoLSI establas "nanoendoskopian teknologion" por rekta bildigo, analizo kaj manipulado de biomolekuloj por akiri komprenon pri la mekanismoj, kiuj regas vivofenomenojn kiel malsanojn.
Kiel ĉefa ĝenerala eduka universitato ĉe la marbordo de la Japana Maro, la Universitato Kanazawa faris grandajn kontribuojn al alteduko kaj akademia esplorado en Japanio ekde sia fondo en 1949. La universitato havas tri altlernejojn kaj 17 lernejojn, kiuj ofertas disciplinojn kiel medicino, komputiko kaj la homsciencoj.
La universitato situas en Kanazawa, urbo fama pro sia historio kaj kulturo, ĉe la marbordo de la Japana Maro. Ekde la feŭda epoko (1598-1867), Kanazawa ĝuis aŭtoritatan intelektan prestiĝon. La Universitato de Kanazawa estas dividita en du ĉefajn kampusojn, Kakuma kaj Takaramachi, kaj havas ĉirkaŭ 10 200 studentojn, el kiuj 600 estas internaciaj studentoj.
Vidu originalan enhavon: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html