KANAZAWA, Japonsko, 8. června 2023 /PRNewswire/ — Výzkumníci z Univerzity Kanazawa informují o tom, jak lze ultratenkou vrstvu disulfidu cínu použít k urychlení chemické redukce oxidu uhličitého pro uhlíkově neutrální společnost.
Recyklace oxidu uhličitého (CO2) emitovaného z průmyslových procesů je nezbytná v naléhavém úsilí lidstva o udržitelnou, uhlíkově neutrální společnost. Z tohoto důvodu jsou v současné době široce studovány elektrokatalyzátory, které dokáží efektivně přeměňovat CO2 na jiné méně škodlivé chemické produkty. Třída materiálů známých jako dvourozměrné (2D) kovové dichalkogenidy jsou kandidáty jako elektrokatalyzátory pro přeměnu CO, ale tyto materiály často také podporují konkurenční reakce, což snižuje jejich účinnost. Yasufumi Takahashi a kolegové z Nanobiologického vědeckého institutu (WPI-NanoLSI) Univerzity Kanazawa identifikovali dvourozměrný kovový dichalkogenid, který dokáže účinně redukovat CO2 na kyselinu mravenčí, a to nejen přírodního původu. Toto spojení je navíc mezičlánkem chemické syntézy.
Takahashi a kolegové porovnali katalytickou aktivitu dvourozměrného disulfidu (MoS2) a disulfidu cínu (SnS2). Oba jsou dvourozměrné kovové dichalkogenidy, přičemž druhý jmenovaný je obzvláště zajímavý, protože čistý cín je známý jako katalyzátor pro výrobu kyseliny mravenčí. Elektrochemické testování těchto sloučenin ukázalo, že reakce vývoje vodíku (HER) je urychlena použitím MoS2 namísto konverze CO2. HER označuje reakci, která produkuje vodík, což je užitečné při záměru výroby vodíkového paliva, ale v případě redukce CO2 se jedná o nežádoucí konkurenční proces. Na druhou stranu SnS2 vykazoval dobrou redukční aktivitu CO2 a inhiboval HER. Vědci také provedli elektrochemická měření sypkého prášku SnS2 a zjistili, že je méně aktivní při katalytické redukci CO2.
Aby vědci pochopili, kde se v SnS2 nacházejí katalyticky aktivní místa a proč má 2D materiál lepší výsledky než sypký materiál, použili techniku ​​zvanou skenovací celní elektrochemická mikroskopie (SECCM). SECCM se používá jako nanopipeta, která tvoří elektrochemickou celu ve tvaru nanoměřítku ve tvaru menisku pro sondy citlivé na povrchové reakce na vzorcích. Měření ukázala, že celý povrch vrstvy SnS2 byl katalyticky aktivní, nejen „platforma“ nebo „okrajové“ prvky ve struktuře. To také vysvětluje, proč má 2D SnS2 vyšší aktivitu ve srovnání s sypkým SnS2.
Výpočty poskytují další vhled do probíhajících chemických reakcí. Zejména tvorba kyseliny mravenčí byla identifikována jako energeticky výhodná reakční cesta, pokud je jako katalyzátor použit 2D SnS2.
Zjištění Takahashiho a kolegů představují důležitý krok k využití dvourozměrných elektrokatalyzátorů v aplikacích elektrochemické redukce CO2. Vědci uvádějí: „Tyto výsledky umožní lepší pochopení a vývoj dvourozměrné strategie elektrokatalýzy s kovovými dichalkogenidy pro elektrochemickou redukci oxidu uhličitého za vzniku uhlovodíků, alkoholů, mastných kyselin a alkenů bez vedlejších účinků.“
Dvourozměrné (2D) vrstvy (nebo monovrstvy) kovových dichalkogenidů jsou materiály typu MX2, kde M je atom kovu, například molybdenu (Mo) nebo cínu (Sn), a X je atom chalkogenu, například síry (C). Strukturu lze vyjádřit jako vrstvu atomů X na vrstvě atomů M, která je zase umístěna na vrstvě atomů X. Dvourozměrné kovové dichalkogenidy patří do třídy tzv. dvourozměrných materiálů (kam patří i grafen), což znamená, že jsou tenké. 2D materiály mají často jiné fyzikální vlastnosti než jejich objemové (3D) protějšky.
Dvourozměrné kovové dichalkogenidy byly zkoumány z hlediska jejich elektrokatalytické aktivity v reakci vývoje vodíku (HER), což je chemický proces, který produkuje vodík. Nyní však Yasufumi Takahashi a jeho kolegové z Univerzity v Kanazawě zjistili, že dvourozměrný kovový dichalkogenid SnS2 nevykazuje katalytickou aktivitu HER; to je ve strategickém kontextu této stezky extrémně důležitá vlastnost.
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. Deska 1T/1H-SnS2 pro elektrochemický přenos CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Název: Skenovací experimenty s elektrochemickou mikroskopií buněk pro studium katalytické aktivity vrstev SnS2 za účelem snížení emisí CO2.
Nanobiologický institut Univerzity Kanazawa (NanoLSI) byl založen v roce 2017 jako součást programu předního světového mezinárodního výzkumného centra MEXT. Cílem programu je vytvořit výzkumné centrum světové úrovně. Kombinací nejdůležitějších znalostí v oblasti biologické skenovací sondové mikroskopie zavádí NanoLSI „technologii nanoendoskopie“ pro přímé zobrazování, analýzu a manipulaci s biomolekulami s cílem získat vhled do mechanismů, které řídí životní jevy, jako jsou nemoci.
Univerzita Kanazawa, přední všeobecně vzdělávací univerzita na pobřeží Japonského moře, od svého založení v roce 1949 významně přispěla k vysokoškolskému vzdělávání a akademickému výzkumu v Japonsku. Univerzita má tři vysoké školy a 17 škol nabízejících obory jako medicína, informatika a humanitní vědy.
Univerzita se nachází v Kanazawě, městě proslulém svou historií a kulturou, na pobřeží Japonského moře. Od feudální éry (1598-1867) se Kanazawa těší autoritativní intelektuální prestiži. Univerzita Kanazawa je rozdělena do dvou hlavních kampusů, Kakuma a Takaramači, a má přibližně 10 200 studentů, z nichž 600 jsou zahraniční studenti.
Zobrazit původní obsah: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html