КАНАЗАВА, Японія, 8 чэрвеня 2023 г. /PRNewswire/ — Даследчыкі з Універсітэта Каназавы паведамляюць, як ультратонкі пласт дысульфіду волава можна выкарыстоўваць для паскарэння хімічнага аднаўлення вуглякіслага газу для стварэння вугляродна-нейтральнага грамадства.
Перапрацоўка вуглякіслага газу (CO2), які выкідваецца ў выніку прамысловых працэсаў, з'яўляецца неабходнасцю ў тэрміновым імкненні чалавецтва да ўстойлівага, вугляродна-нейтральнага грамадства. Па гэтай прычыне ў цяперашні час шырока вывучаюцца электракаталізатары, якія могуць эфектыўна пераўтвараць CO2 у іншыя, менш шкодныя хімічныя прадукты. Клас матэрыялаў, вядомых як двухмерныя (2D) дыхалкагеніды металаў, з'яўляецца кандыдатамі ў якасці электракаталізатараў для пераўтварэння CO, але гэтыя матэрыялы часта таксама спрыяюць канкуруючым рэакцыям, зніжаючы іх эфектыўнасць. Ясуфумі Такахасі і яго калегі з Інстытута нанабіялагічных навук (WPI-NanoLSI) Універсітэта Канадзавы вызначылі двухмерны дыхалкагенід металу, які можа эфектыўна аднаўляць CO2 да мурашынай кіслаты, не толькі прыроднага паходжання. Больш за тое, гэта злучэнне з'яўляецца прамежкавым звяном у хімічным сінтэзе.
Такахашы і яго калегі параўналі каталітычную актыўнасць двухмернага дысульфіду (MoS2) і дысульфіду волава (SnS2). Абодва з'яўляюцца двухмернымі дысульфідамі металаў, прычым апошні ўяўляе асаблівую цікавасць, паколькі чыстае волава вядома як каталізатар для вытворчасці мурашынай кіслаты. Электрахімічныя выпрабаванні гэтых злучэнняў паказалі, што рэакцыя выдзялення вадароду (HER) паскараецца пры выкарыстанні MoS2 замест пераўтварэння CO2. HER адносіцца да рэакцыі, якая ўтварае вадарод, што карысна пры намеры атрымання вадароднага паліва, але ў выпадку аднаўлення CO2 гэта непажаданы канкурэнтны працэс. З іншага боку, SnS2 прадэманстраваў добрую актыўнасць па зніжэнні ўзроўню CO2 і інгібіраваў HER. Даследчыкі таксама правялі электрахімічныя вымярэнні аб'ёмнага парашка SnS2 і выявілі, што ён менш актыўны ў каталітычным аднаўленні CO2.
Каб зразумець, дзе знаходзяцца каталітычна актыўныя цэнтры ў SnS2 і чаму двухмерны матэрыял працуе лепш, чым аб'ёмнае злучэнне, навукоўцы выкарысталі тэхніку пад назвай сканіруючая ячэйкавая электрахімічная мікраскапія (SECCM). SECCM выкарыстоўваецца ў якасці нанапіпеткі, якая ўтварае нанамаштабную электрахімічную ячэйку ў форме меніска для зондаў, адчувальных да паверхневых рэакцый на ўзорах. Вымярэнні паказалі, што ўся паверхня ліста SnS2 была каталітычна актыўнай, а не толькі «платформа» або «краёвыя» элементы ў структуры. Гэта таксама тлумачыць, чаму двухмерны SnS2 мае больш высокую актыўнасць у параўнанні з аб'ёмным SnS2.
Разлікі даюць дадатковае разуменне хімічных рэакцый, якія адбываюцца. У прыватнасці, утварэнне мурашынай кіслаты было вызначана як энергетычна выгадны шлях рэакцыі пры выкарыстанні 2D SnS2 у якасці каталізатара.
Вынікі даследаванняў Такахашы і яго калег з'яўляюцца важным крокам да выкарыстання двухмерных электракаталізатараў у электрахімічных метадах аднаўлення CO2. Навукоўцы сцвярджаюць: «Гэтыя вынікі дазволяць лепш зразумець і распрацаваць двухмерную стратэгію электракаталізу на аснове дыхалькагенідаў металаў для электрахімічнага аднаўлення вуглякіслага газу з атрыманнем вуглевадародаў, спіртоў, тоўстых кіслот і алкенаў без пабочных эфектаў».
Двухмерныя (2D) лісты (або монаслаі) дыхалкагенідаў металаў — гэта матэрыялы тыпу MX2, дзе M — атам металу, напрыклад, малібдэн (Mo) або волава (Sn), а X — атам халькагену, напрыклад, серы (C). Структуру можна апісаць як пласт атамаў X паверх пласта атамаў M, які, у сваю чаргу, размешчаны на пласты атамаў X. Двухмерныя дыхалкагеніды металаў адносяцца да класа так званых двухмерных матэрыялаў (да якіх таксама адносіцца графен), што азначае, што яны тонкія. Двухмерныя матэрыялы часта маюць іншыя фізічныя ўласцівасці, чым іх аб'ёмныя (3D) аналагі.
Двухмерныя дыхалкагеніды металаў былі даследаваны на прадмет іх электракаталітычнай актыўнасці ў рэакцыі выдзялення вадароду (HER), хімічным працэсе, які ўтварае вадарод. Але цяпер Ясуфумі Такахасі і яго калегі з Універсітэта Канадзавы выявілі, што двухмерны дыхалкагенід металу SnS2 не праяўляе каталітычнай актыўнасці HER; гэта надзвычай важная ўласцівасць у стратэгічным кантэксце шляху.
Юсукэ Кавабэ, Ёсікадзу Іта, Юта Хоры, Сурэш Кукунуры, Фумія Сіокава, Тамохіка Нішыуці, Самуэль Чон, Косуке Катагіры, Зэю Сі, Чыкай Лі, Ясутэру Сігета і Ясуфумі Такахасі. Пласціна 1T/1H-SnS2 для электрахімічнага пераносу CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Назва: Сканіруючыя эксперыменты па электрахімічнай мікраскапіі клетак для вывучэння каталітычнай актыўнасці лістоў SnS2 з мэтай зніжэння выкідаў CO2.
Нанабіялагічны інстытут Універсітэта Канадзавы (NanoLSI) быў заснаваны ў 2017 годзе ў рамках праграмы вядучага ў свеце міжнароднага даследчага цэнтра MEXT. Мэта праграмы — стварэнне даследчага цэнтра сусветнага класа. Спалучаючы найважнейшыя веды ў галіне біялагічнай сканіруючай зондавай мікраскапіі, NanoLSI стварае «тэхналогію нанаэндаскапіі» для прамой візуалізацыі, аналізу і маніпуляцыі біямалекуламі, каб атрымаць уяўленне аб механізмах, якія кантралююць такія жыццёвыя з'явы, як хваробы.
Як вядучы агульнаадукацыйны ўніверсітэт на ўзбярэжжы Японскага мора, Універсітэт Канадзавы зрабіў вялікі ўнёсак у вышэйшую адукацыю і акадэмічныя даследаванні ў Японіі з моманту свайго заснавання ў 1949 годзе. Універсітэт мае тры каледжы і 17 школ, якія прапануюць такія дысцыпліны, як медыцына, інфарматыка і гуманітарныя навукі.
Універсітэт размешчаны ў Канадзаве, горадзе, вядомым сваёй гісторыяй і культурай, на ўзбярэжжы Японскага мора. З часоў феадальнай эпохі (1598-1867) Канадзава карыстаецца аўтарытэтным інтэлектуальным прэстыжам. Універсітэт Канадзавы падзелены на два асноўныя кампусы, Какума і Такарамаці, і мае каля 10 200 студэнтаў, 600 з якіх — замежныя студэнты.
Глядзіце арыгінальны кантэнт: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html