KANAZAWA, Japan, Hunyo 8, 2023 /PRNewswire/ — Iniulat ng mga mananaliksik ng Kanazawa University kung paano magagamit ang isang napakanipis na patong ng tin disulfide upang mapabilis ang kemikal na pagbawas ng carbon dioxide para sa isang lipunang carbon neutral.
Ang pag-recycle ng carbon dioxide (CO2) na inilalabas mula sa mga prosesong pang-industriya ay isang pangangailangan sa agarang paghahanap ng sangkatauhan para sa isang napapanatiling, carbon-neutral na lipunan. Dahil dito, ang mga electrocatalyst na mahusay na nakakapag-convert ng CO2 sa iba pang hindi gaanong mapanganib na mga produktong kemikal ay kasalukuyang malawakang pinag-aaralan. Ang isang uri ng mga materyales na kilala bilang two-dimensional (2D) metal dichalcogenides ay mga kandidato bilang electrocatalyst para sa conversion ng CO, ngunit ang mga materyales na ito ay kadalasang nagtataguyod din ng mga nakikipagkumpitensyang reaksyon, na binabawasan ang kanilang kahusayan. Natukoy nina Yasufumi Takahashi at mga kasamahan sa Nanobiology Science Institute (WPI-NanoLSI) ng Kanazawa University ang isang two-dimensional na metal dichalcogenide na maaaring epektibong mabawasan ang CO2 sa formic acid, hindi lamang mula sa natural na pinagmulan. Bukod dito, ang koneksyon na ito ay isang intermediate link na produkto ng chemical synthesis.
Inihambing nina Takahashi at mga kasamahan ang catalytic activity ng two-dimensional disulfide (MoS2) at tin disulfide (SnS2). Parehong two-dimensional metal dichalcogenides ang dalawa, kung saan ang huli ay partikular na interesante dahil ang purong lata ay kilalang katalista para sa produksyon ng formic acid. Ipinakita ng electrochemical testing ng mga compound na ito na ang hydrogen evolution reaction (HER) ay pinabibilis gamit ang MoS2 sa halip na CO2 conversion. Ang HER ay tumutukoy sa isang reaksyon na gumagawa ng hydrogen, na kapaki-pakinabang kapag nagbabalak na gumawa ng hydrogen fuel, ngunit sa kaso ng CO2 reduction, ito ay isang hindi kanais-nais na prosesong nakikipagkumpitensya. Sa kabilang banda, ang SnS2 ay nagpakita ng mahusay na CO2 reduction activity at pumigil sa HER. Kumuha rin ang mga mananaliksik ng electrochemical measurements ng bulk SnS2 powder at natuklasan na ito ay hindi gaanong aktibo sa catalytic reduction ng CO2.
Upang maunawaan kung saan matatagpuan ang mga catalytically active site sa SnS2 at kung bakit mas mahusay ang pagganap ng isang 2D na materyal kaysa sa isang bulk compound, gumamit ang mga siyentipiko ng isang pamamaraan na tinatawag na scanning cell electrochemical microscopy (SECCM). Ang SECCM ay ginagamit bilang isang nanopipette, na bumubuo ng isang nanoscale meniscus-shaped electrochemical cell para sa mga probe na sensitibo sa mga reaksyon sa ibabaw sa mga sample. Ipinakita ng mga sukat na ang buong ibabaw ng SnS2 sheet ay catalytically active, hindi lamang ang mga elemento ng "platform" o "edge" sa istraktura. Ipinapaliwanag din nito kung bakit ang 2D SnS2 ay may mas mataas na aktibidad kumpara sa bulk SnS2.
Ang mga kalkulasyon ay nagbibigay ng karagdagang kaalaman sa mga reaksiyong kemikal na nagaganap. Sa partikular, ang pagbuo ng formic acid ay natukoy bilang isang ruta ng reaksiyon na pabor sa enerhiya kapag ang 2D SnS2 ay ginagamit bilang isang katalista.
Ang mga natuklasan nina Takahashi at mga kasamahan ay nagmamarka ng isang mahalagang hakbang tungo sa paggamit ng mga two-dimensional electrocatalyst sa mga aplikasyon ng electrochemical CO2 reduction. Binanggit ng mga siyentipiko: “Ang mga resultang ito ay magbibigay ng mas mahusay na pag-unawa at pagbuo ng isang two-dimensional metal dichalcogenide electrocatalysis strategy para sa electrochemical reduction ng carbon dioxide upang makagawa ng mga hydrocarbon, alcohol, fatty acid at alkenes nang walang mga side effect.”
Ang mga two-dimensional (2D) na sheet (o monolayer) ng mga metal dichalcogenide ay mga materyales na uri MX2 kung saan ang M ay isang metal atom, tulad ng molybdenum (Mo) o tin (Sn), at ang X ay isang chalcogen atom, tulad ng sulfur (C). Ang istraktura ay maaaring ipahayag bilang isang patong ng mga X atom sa ibabaw ng isang patong ng mga M atom, na siya namang matatagpuan sa isang patong ng mga X atom. Ang mga two-dimensional na metal dichalcogenide ay kabilang sa isang klase ng tinatawag na two-dimensional na mga materyales (na kinabibilangan din ng graphene), na nangangahulugang ang mga ito ay nagiging manipis. Ang mga 2D na materyales ay kadalasang may iba't ibang pisikal na katangian kaysa sa kanilang mga bulk (3D) na katapat.
Ang mga two-dimensional metal dichalcogenide ay siniyasat para sa kanilang electrocatalytic activity sa hydrogen evolution reaction (HER), isang prosesong kemikal na gumagawa ng hydrogen. Ngunit ngayon, natuklasan nina Yasufumi Takahashi at mga kasamahan sa University of Kanazawa na ang two-dimensional metal dichalcogenide SnS2 ay hindi nagpapakita ng HER catalytic activity; ito ay isang napakahalagang katangian sa estratehikong konteksto ng trail.
Yusuke Kawabe, Yoshikazu Ito, Yuta Hori, Suresh Kukunuri, Fumiya Shiokawa, Tomohiko Nishiuchi, Samuel Chon, Kosuke Katagiri, Zeyu Xi, Chikai Lee, Yasuteru Shigeta at Yasufumi Takahashi. Plate 1T/1H-SnS2 para sa electrochemical transfer ng CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Pamagat: Mga eksperimentong nag-i-scan gamit ang electrochemical microscopy ng mga selula upang pag-aralan ang catalytic activity ng mga SnS2 sheet upang mabawasan ang mga emisyon ng CO2.
Ang Nanobiological Institute of Kanazawa University (NanoLSI) ay itinatag noong 2017 bilang bahagi ng programa ng nangungunang internasyonal na sentro ng pananaliksik sa mundo na MEXT. Ang layunin ng programa ay lumikha ng isang sentro ng pananaliksik na may pandaigdigang kalidad. Pinagsasama ang pinakamahalagang kaalaman sa biological scanning probe microscopy, itinatag ng NanoLSI ang "teknolohiyang nanoendoscopy" para sa direktang pag-imaging, pagsusuri, at manipulasyon ng mga biomolecule upang makakuha ng kaalaman sa mga mekanismo na kumokontrol sa mga penomeno sa buhay tulad ng sakit.
Bilang isang nangungunang unibersidad sa pangkalahatang edukasyon sa baybayin ng Dagat ng Hapon, ang Kanazawa University ay nakapagbigay ng malaking kontribusyon sa mas mataas na edukasyon at akademikong pananaliksik sa Hapon simula nang itatag ito noong 1949. Ang unibersidad ay may tatlong kolehiyo at 17 paaralan na nag-aalok ng mga disiplina tulad ng medisina, kompyuter, at humanidades.
Ang unibersidad ay matatagpuan sa Kanazawa, isang lungsod na sikat sa kasaysayan at kultura nito, sa baybayin ng Dagat ng Hapon. Simula noong panahon ng pyudal (1598-1867), ang Kanazawa ay nagtamasa ng isang makapangyarihang prestihiyong intelektwal. Ang Kanazawa University ay nahahati sa dalawang pangunahing kampus, ang Kakuma at Takaramachi, at mayroong humigit-kumulang 10,200 estudyante, 600 sa kanila ay mga internasyonal na estudyante.
Tingnan ang orihinal na nilalaman: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html