KANAZAWA, Japan, 8. juni 2023 /PRNewswire/ — Forskere fra Kanazawa Universitet rapporterer, hvordan et ultratyndt lag af tindisulfid kan bruges til at accelerere den kemiske reduktion af kuldioxid for et CO2-neutralt samfund.
Genbrug af kuldioxid (CO2) udledt fra industrielle processer er en nødvendighed i menneskehedens presserende søgen efter et bæredygtigt, CO2-neutralt samfund. Af denne grund undersøges elektrokatalysatorer, der effektivt kan omdanne CO2 til andre mindre skadelige kemiske produkter, i øjeblikket grundigt. En klasse af materialer kendt som todimensionelle (2D) metaldichalkogenider er kandidater som elektrokatalysatorer til CO-omdannelse, men disse materialer fremmer ofte også konkurrerende reaktioner, hvilket reducerer deres effektivitet. Yasufumi Takahashi og kolleger ved Kanazawa Universitys Nanobiology Science Institute (WPI-NanoLSI) har identificeret et todimensionelt metaldichalkogenid, der effektivt kan reducere CO2 til myresyre, der ikke kun er af naturlig oprindelse. Desuden er denne forbindelse et mellemprodukt i kemisk syntese.
Takahashi og kolleger sammenlignede den katalytiske aktivitet af todimensionel disulfid (MoS2) og tindisulfid (SnS2). Begge er todimensionelle metaldichalkogenider, hvor sidstnævnte er af særlig interesse, fordi ren tin er kendt for at være en katalysator til produktion af myresyre. Elektrokemisk testning af disse forbindelser viste, at hydrogenudviklingsreaktionen (HER) accelereres ved hjælp af MoS2 i stedet for CO2-omdannelse. HER refererer til en reaktion, der producerer hydrogen, hvilket er nyttigt, når man har til hensigt at producere hydrogenbrændstof, men i tilfælde af CO2-reduktion er det en uønsket konkurrerende proces. På den anden side viste SnS2 god CO2-reducerende aktivitet og hæmmede HER. Forskerne foretog også elektrokemiske målinger af bulk SnS2-pulver og fandt, at det var mindre aktivt i katalytisk reduktion af CO2.
For at forstå, hvor de katalytisk aktive steder er placeret i SnS2, og hvorfor et 2D-materiale klarer sig bedre end en bulkforbindelse, brugte forskerne en teknik kaldet scanning cell electrochemical microscopy (SECCM). SECCM bruges som en nanopipette, der danner en nanoskala meniskformet elektrokemisk celle til prober, der er følsomme over for overfladereaktioner på prøver. Målingerne viste, at hele overfladen af ​​SnS2-arket var katalytisk aktiv, ikke kun "platform"- eller "kant"-elementerne i strukturen. Dette forklarer også, hvorfor 2D SnS2 har højere aktivitet sammenlignet med bulk SnS2.
Beregninger giver yderligere indsigt i de kemiske reaktioner, der finder sted. Især dannelsen af ​​myresyre er blevet identificeret som en energetisk gunstig reaktionsvej, når 2D SnS2 anvendes som katalysator.
Takahashi og kollegers resultater markerer et vigtigt skridt i retning af brugen af ​​todimensionelle elektrokatalysatorer i elektrokemiske CO2-reduktionsapplikationer. Forskerne nævner: "Disse resultater vil give en bedre forståelse og udvikling af en todimensionel metaldichalkogenid-elektrokatalysestrategi til elektrokemisk reduktion af kuldioxid for at producere kulbrinter, alkoholer, fedtsyrer og alkener uden bivirkninger."
Todimensionelle (2D) ark (eller monolag) af metaldichalkogenider er MX2-type materialer, hvor M er et metalatom, såsom molybdæn (Mo) eller tin (Sn), og X er et chalkogenatom, såsom svovl (C). Strukturen kan udtrykkes som et lag af X-atomer oven på et lag af M-atomer, som igen er placeret på et lag af X-atomer. Todimensionelle metaldichalkogenider tilhører en klasse af såkaldte todimensionelle materialer (som også omfatter grafen), hvilket betyder, at de er tyndere. 2D-materialer har ofte andre fysiske egenskaber end deres bulk-modstykker (3D).
Todimensionelle metaldichalkogenider er blevet undersøgt for deres elektrokatalytiske aktivitet i hydrogenudviklingsreaktionen (HER), en kemisk proces, der producerer hydrogen. Men nu har Yasufumi Takahashi og kolleger ved University of Kanazawa fundet ud af, at det todimensionelle metaldichalkogenid SnS2 ikke udviser HER-katalytisk aktivitet; dette er en ekstremt vigtig egenskab i den strategiske kontekst af stien.
Yusuke Kawabe, Yoshikazu Ito, Yuta Hori, Suresh Kukunuri, Fumiya Shiokawa, Tomohiko Nishiuchi, Samuel Chon, Kosuke Katagiri, Zeyu Xi, Chikai Lee, Yasuteru Shigeta og Yasufumi Takahashi. Plade 1T/1H-SnS2 til elektrokemisk overførsel af CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Titel: Scanningseksperimenter med elektrokemisk mikroskopi af celler for at undersøge den katalytiske aktivitet af SnS2-ark for at reducere CO2-udledning.
Kanazawa Universitys Nanobiologiske Institut (NanoLSI) blev etableret i 2017 som en del af programmet for verdens førende internationale forskningscenter MEXT. Programmets mål er at skabe et forskningscenter i verdensklasse. Ved at kombinere den vigtigste viden inden for biologisk scanning probe-mikroskopi etablerer NanoLSI "nanoendoskopiteknologi" til direkte billeddannelse, analyse og manipulation af biomolekyler for at få indsigt i de mekanismer, der styrer livsfænomener såsom sygdom.
Som et førende almenuddannelsesuniversitet ved kysten af ​​Det Japanske Hav har Kanazawa University ydet store bidrag til videregående uddannelse og akademisk forskning i Japan siden grundlæggelsen i 1949. Universitetet har tre gymnasier og 17 skoler, der tilbyder discipliner som medicin, datalogi og humaniora.
Universitetet ligger i Kanazawa, en by berømt for sin historie og kultur, ved kysten af ​​Det Japanske Hav. Siden feudaltiden (1598-1867) har Kanazawa nydt en autoritativ intellektuel prestige. Kanazawa Universitet er opdelt i to hovedcampusser, Kakuma og Takaramachi, og har omkring 10.200 studerende, hvoraf 600 er internationale studerende.
Se originalt indhold: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html