КАНАЗАВА, Японія, 8 червня 2023 р. /PRNewswire/ — Дослідники з Університету Каназава повідомляють, як надтонкий шар дисульфіду олова можна використовувати для прискорення хімічного відновлення вуглекислого газу для створення вуглецево-нейтрального суспільства.
Переробка вуглекислого газу (CO2), що викидається внаслідок промислових процесів, є необхідністю в нагальному прагненні людства до сталого, вуглецево-нейтрального суспільства. З цієї причини електрокаталізатори, які можуть ефективно перетворювати CO2 на інші, менш шкідливі хімічні продукти, зараз широко вивчаються. Клас матеріалів, відомих як двовимірні (2D) дихалькогеніди металів, є кандидатами на роль електрокаталізаторів для перетворення CO, але ці матеріали часто також сприяють конкуруючим реакціям, знижуючи їхню ефективність. Ясуфумі Такахаші та його колеги з Інституту нанобіологічних наук Університету Каназава (WPI-NanoLSI) виявили двовимірний дихалькогенід металу, який може ефективно відновлювати CO2 до мурашиної кислоти, не лише природного походження. Більше того, це з'єднання є проміжною ланкою продукту хімічного синтезу.
Такахаші та його колеги порівняли каталітичну активність двовимірного дисульфіду (MoS2) та дисульфіду олова (SnS2). Обидва є двовимірними дихалькогенідами металів, останній представляє особливий інтерес, оскільки чисте олово, як відомо, є каталізатором для виробництва мурашиної кислоти. Електрохімічне тестування цих сполук показало, що реакція виділення водню (HER) прискорюється за допомогою MoS2 замість перетворення CO2. HER стосується реакції, яка утворює водень, що корисно, коли передбачається виробництво водневого палива, але у випадку відновлення CO2 це небажаний конкуруючий процес. З іншого боку, SnS2 продемонстрував хорошу активність щодо відновлення CO2 та інгібував HER. Дослідники також провели електрохімічні вимірювання порошку SnS2 у великій кількості та виявили, що він менш активний у каталітичному відновленні CO2.
Щоб зрозуміти, де розташовані каталітично активні центри в SnS2 і чому 2D-матеріал працює краще, ніж об'ємна сполука, вчені використали метод, який називається скануючою комірковою електрохімічною мікроскопією (SECCM). SECCM використовується як нанопіпетка, утворюючи нанорозмірну електрохімічну комірку у формі меніска для зондів, чутливих до поверхневих реакцій на зразках. Вимірювання показали, що вся поверхня листа SnS2 була каталітично активною, а не лише «платформа» або «крайові» елементи в структурі. Це також пояснює, чому 2D SnS2 має вищу активність порівняно з об'ємним SnS2.
Розрахунки надають глибше розуміння хімічних реакцій, що відбуваються. Зокрема, утворення мурашиної кислоти було визначено як енергетично вигідний шлях реакції, коли 2D SnS2 використовується як каталізатор.
Висновки Такахаші та його колег знаменують собою важливий крок до використання двовимірних електрокаталізаторів у застосуваннях електрохімічного відновлення CO2. Вчені зазначають: «Ці результати забезпечать краще розуміння та розробку двовимірної стратегії електрокаталізу дихалькогенідів металів для електрохімічного відновлення вуглекислого газу з метою отримання вуглеводнів, спиртів, жирних кислот та алкенів без побічних ефектів».
Двовимірні (2D) шари (або моношари) дихалькогенідів металів – це матеріали типу MX2, де M – атом металу, такого як молібден (Mo) або олово (Sn), а X – атом халькогену, такого як сірка (C). Структуру можна виразити як шар атомів X поверх шару атомів M, який, у свою чергу, розташований на шарі атомів X. Двовимірні дихалькогеніди металів належать до класу так званих двовимірних матеріалів (до яких також належить графен), що означає, що вони тонкі. 2D-матеріали часто мають інші фізичні властивості, ніж їхні об'ємні (3D) аналоги.
Двовимірні дихалькогеніди металів досліджували на предмет їхньої електрокаталітичної активності в реакції виділення водню (HER), хімічному процесі, який утворює водень. Але тепер Ясуфумі Такахаші та його колеги з Університету Канадзави виявили, що двовимірний дихалькогенід металу SnS2 не проявляє каталітичної активності HER; це надзвичайно важлива властивість у стратегічному контексті дослідження.
Юсуке Кавабе, Йошікадзу Іто, Юта Хорі, Суреш Кукунурі, Фумія Сіокава, Томохіко Нішіуті, Самуель Чон, Косуке Катагірі, Зею Сі, Чікаї Лі, Ясутеру Шигета та Ясуфумі Такахаші. Пластина 1T/1H-SnS2 для електрохімічного переносу CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Назва: Скануючі експерименти з електрохімічної мікроскопії комірок для вивчення каталітичної активності листів SnS2 з метою зменшення викидів CO2.
Нанобіологічний інститут Університету Канадзави (NanoLSI) був заснований у 2017 році в рамках програми провідного світового міжнародного дослідницького центру MEXT. Метою програми є створення дослідницького центру світового класу. Поєднуючи найважливіші знання в галузі біологічної скануючої зондової мікроскопії, NanoLSI впроваджує «технологію наноендоскопії» для прямої візуалізації, аналізу та маніпулювання біомолекулами, щоб отримати уявлення про механізми, що контролюють такі життєві явища, як хвороби.
Як провідний загальноосвітній університет на узбережжі Японського моря, Університет Канадзави зробив великий внесок у вищу освіту та академічні дослідження в Японії з моменту свого заснування в 1949 році. Університет має три коледжі та 17 шкіл, що пропонують такі дисципліни, як медицина, обчислювальна техніка та гуманітарні науки.
Університет розташований у Канадзаві, місті, відомому своєю історією та культурою, на узбережжі Японського моря. З часів феодальної епохи (1598-1867) Канадзава користується авторитетним інтелектуальним престижем. Університет Канадзави поділений на два основні кампуси, Какума та Такарамачі, і має близько 10 200 студентів, 600 з яких є іноземними студентами.
Переглянути оригінальний контент: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html