KANAZAWA, Japoni, 8 qershor 2023 /PRNewswire/ — Studiuesit e Universitetit të Kanazawas raportojnë se si një shtresë ultra e hollë e disulfidit të kallajit mund të përdoret për të përshpejtuar reduktimin kimik të dioksidit të karbonit, për një shoqëri neutrale ndaj karbonit.
Riciklimi i dioksidit të karbonit (CO2) të emetuar nga proceset industriale është një domosdoshmëri në kërkimin urgjent të njerëzimit për një shoqëri të qëndrueshme dhe neutrale ndaj karbonit. Për këtë arsye, elektrokatalizatorët që mund ta shndërrojnë në mënyrë efikase CO2 në produkte të tjera kimike më pak të dëmshme po studiohen gjerësisht aktualisht. Një klasë materialesh të njohura si dikalkogjenide metalike dy-dimensionale (2D) janë kandidatë si elektrokatalizatorë për shndërrimin e CO, por këto materiale shpesh nxisin edhe reaksione konkurruese, duke ulur efikasitetin e tyre. Yasufumi Takahashi dhe kolegët e tij në Institutin e Shkencave të Nanobiologjisë të Universitetit Kanazawa (WPI-NanoLSI) kanë identifikuar një dikalkogjenid metalik dy-dimensional që mund ta zvogëlojë në mënyrë efektive CO2 në acid formik, jo vetëm me origjinë natyrore. Për më tepër, kjo lidhje është një lidhje e ndërmjetme. Produkt i sintezës kimike.
Takahashi dhe kolegët e tij krahasuan aktivitetin katalitik të disulfidit dy-dimensional (MoS2) dhe disulfidit të kallajit (SnS2). Të dy janë dikalkogjenide metalike dy-dimensionale, ku ky i fundit është me interes të veçantë sepse kallaji i pastër dihet se është një katalizator për prodhimin e acidit formik. Testimi elektrokimik i këtyre përbërjeve tregoi se reaksioni i evolucionit të hidrogjenit (HER) përshpejtohet duke përdorur MoS2 në vend të shndërrimit të CO2. HER i referohet një reaksioni që prodhon hidrogjen, i cili është i dobishëm kur synohet të prodhohet karburant hidrogjeni, por në rastin e reduktimit të CO2, është një proces konkurrues i padëshirueshëm. Nga ana tjetër, SnS2 tregoi aktivitet të mirë reduktues të CO2 dhe pengoi HER. Studiuesit gjithashtu morën matje elektrokimike të pluhurit të SnS2 në masë dhe zbuluan se ishte më pak aktiv në reduktimin katalitik të CO2.
Për të kuptuar se ku ndodhen vendet katalitikisht aktive në SnS2 dhe pse një material 2D performon më mirë se një përbërës i madh, shkencëtarët përdorën një teknikë të quajtur mikroskopia elektrokimike e qelizës skanuese (SECCM). SECCM përdoret si nanopipetë, duke formuar një qelizë elektrokimike në formë menisku në shkallë nano për sondat që janë të ndjeshme ndaj reaksioneve sipërfaqësore në mostra. Matjet treguan se e gjithë sipërfaqja e fletës SnS2 ishte katalitikisht aktive, jo vetëm elementët e "platformës" ose "skajit" në strukturë. Kjo shpjegon gjithashtu pse SnS2 2D ka aktivitet më të lartë krahasuar me SnS2 të madh.
Llogaritjet ofrojnë një pasqyrë të mëtejshme mbi reaksionet kimike që ndodhin. Në veçanti, formimi i acidit formik është identifikuar si një rrugë reagimi energjikisht e favorshme kur përdoret SnS2 2D si katalizator.
Gjetjet e Takahashit dhe kolegëve të tij shënojnë një hap të rëndësishëm drejt përdorimit të elektrokatalizatorëve dy-dimensionalë në aplikimet elektrokimike të reduktimit të CO2. Shkencëtarët citojnë: “Këto rezultate do të ofrojnë një kuptim dhe zhvillim më të mirë të një strategjie elektrokatalize dy-dimensionale të dikalkogjenidit të metalit për reduktimin elektrokimik të dioksidit të karbonit për të prodhuar hidrokarbure, alkoole, acide yndyrore dhe alkene pa efekte anësore.”
Fletët (ose monoshtresat) dy-dimensionale (2D) të dikalkogjenideve metalike janë materiale të tipit MX2 ku M është një atom metali, siç është molibdeni (Mo) ose kallaji (Sn), dhe X është një atom kalkogjeni, siç është squfuri (C). Struktura mund të shprehet si një shtresë e atomeve X sipër një shtrese të atomeve M, e cila nga ana tjetër është e vendosur në një shtresë të atomeve X. Dikalkogjenidet metalike dy-dimensionale i përkasin një klase të të ashtuquajturave materiale dy-dimensionale (që përfshin edhe grafenin), që do të thotë se ato hollohen. Materialet 2D shpesh kanë veti fizike të ndryshme nga homologët e tyre në masë (3D).
Dikalkogjenidet metalike dy-dimensionale janë hetuar për aktivitetin e tyre elektrokatalitik në reaksionin e evolucionit të hidrogjenit (HER), një proces kimik që prodhon hidrogjen. Por tani, Yasufumi Takahashi dhe kolegët e tij në Universitetin e Kanazawas kanë zbuluar se dikalkogjenidi metalik dy-dimensional SnS2 nuk shfaq aktivitet katalitik HER; kjo është një veti jashtëzakonisht e rëndësishme në kontekstin strategjik të shtegut.
Yusuke Kawabe, Yoshikazu Ito, Yuta Hori, Suresh Kukunuri, Fumiya Shiokawa, Tomohiko Nishiuchi, Samuel Chon, Kosuke Katagiri, Zeyu Xi, Chikai Lee, Yasuteru Shigeta dhe Yasufumi Takahashi. Pllaka 1T/1H-SnS2 për transferimin elektrokimik të CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Titulli: Eksperimente skanimi në mikroskopinë elektrokimike të qelizave për të studiuar aktivitetin katalitik të fletëve SnS2 për të zvogëluar emetimet e CO2.
Instituti Nanobiologjik i Universitetit të Kanazawas (NanoLSI) u krijua në vitin 2017 si pjesë e programit të qendrës kryesore ndërkombëtare kërkimore MEXT në botë. Qëllimi i programit është të krijojë një qendër kërkimore të klasit botëror. Duke kombinuar njohuritë më të rëndësishme në mikroskopinë biologjike të skanimit me sondë, NanoLSI krijon "teknologjinë nanoendoskopike" për imazhe, analiza dhe manipulime të drejtpërdrejta të biomolekulave për të fituar njohuri mbi mekanizmat që kontrollojnë fenomenet e jetës, të tilla si sëmundjet.
Si një universitet kryesor i arsimit të përgjithshëm në bregdetin e Detit të Japonisë, Universiteti Kanazawa ka dhënë kontribute të mëdha në arsimin e lartë dhe kërkimin akademik në Japoni që nga themelimi i tij në vitin 1949. Universiteti ka tre kolegje dhe 17 shkolla që ofrojnë disiplina të tilla si mjekësia, informatika dhe shkencat humane.
Universiteti ndodhet në Kanazawa, një qytet i famshëm për historinë dhe kulturën e tij, në bregdetin e Detit të Japonisë. Që nga epoka feudale (1598-1867), Kanazawa ka gëzuar një prestigj intelektual autoritar. Universiteti i Kanazawas është i ndarë në dy kampuse kryesore, Kakuma dhe Takaramachi, dhe ka rreth 10,200 studentë, 600 prej të cilëve janë studentë ndërkombëtarë.
Shiko përmbajtjen origjinale: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html