KANAZAWA, Jepun, 8 Jun 2023 /PRNewswire/ — Penyelidik Universiti Kanazawa melaporkan bagaimana lapisan timah disulfida ultra nipis boleh digunakan untuk mempercepatkan pengurangan kimia karbon dioksida untuk masyarakat neutral karbon.
Kitar semula karbon dioksida (CO2) yang dipancarkan daripada proses perindustrian merupakan satu keperluan dalam usaha mendesak manusia untuk mewujudkan masyarakat yang mampan dan neutral karbon. Atas sebab ini, elektromangkin yang boleh menukar CO2 dengan cekap kepada produk kimia lain yang kurang berbahaya sedang dikaji secara meluas. Satu kelas bahan yang dikenali sebagai dikalkogenida logam dua dimensi (2D) adalah calon sebagai elektromangkin untuk penukaran CO, tetapi bahan-bahan ini sering juga menggalakkan tindak balas yang bersaing, sekali gus mengurangkan kecekapannya. Yasufumi Takahashi dan rakan-rakannya di Institut Sains Nanobiologi Universiti Kanazawa (WPI-NanoLSI) telah mengenal pasti dikalkogenida logam dua dimensi yang boleh mengurangkan CO2 kepada asid formik dengan berkesan, bukan sahaja dari asal semula jadi. Selain itu, hubungan ini merupakan hasil perantaraan sintesis kimia.
Takahashi dan rakan-rakannya membandingkan aktiviti pemangkin disulfida dua dimensi (MoS2) dan timah disulfida (SnS2). Kedua-duanya adalah dikalkogenida logam dua dimensi, yang kedua amat menarik perhatian kerana timah tulen diketahui sebagai pemangkin untuk penghasilan asid formik. Ujian elektrokimia sebatian ini menunjukkan bahawa tindak balas evolusi hidrogen (HER) dipercepatkan menggunakan MoS2 dan bukannya penukaran CO2. HER merujuk kepada tindak balas yang menghasilkan hidrogen, yang berguna apabila berhasrat untuk menghasilkan bahan api hidrogen, tetapi dalam kes pengurangan CO2, ia adalah proses persaingan yang tidak diingini. Sebaliknya, SnS2 menunjukkan aktiviti pengurangan CO2 yang baik dan menghalang HER. Para penyelidik juga mengambil ukuran elektrokimia serbuk SnS2 pukal dan mendapati bahawa ia kurang aktif dalam pengurangan pemangkin CO2.
Untuk memahami di mana tapak aktif secara pemangkin terletak dalam SnS2 dan mengapa bahan 2D berfungsi lebih baik daripada sebatian pukal, saintis menggunakan teknik yang dipanggil mikroskopi elektrokimia sel pengimbasan (SECCM). SECCM digunakan sebagai nanopipet, membentuk sel elektrokimia berbentuk meniskus nano untuk prob yang sensitif terhadap tindak balas permukaan pada sampel. Pengukuran menunjukkan bahawa keseluruhan permukaan kepingan SnS2 aktif secara pemangkin, bukan hanya elemen "platform" atau "tepi" dalam struktur. Ini juga menjelaskan mengapa SnS2 2D mempunyai aktiviti yang lebih tinggi berbanding SnS2 pukal.
Pengiraan memberikan wawasan lanjut tentang tindak balas kimia yang berlaku. Khususnya, pembentukan asid formik telah dikenal pasti sebagai laluan tindak balas yang menguntungkan secara energetik apabila 2D SnS2 digunakan sebagai pemangkin.
Penemuan Takahashi dan rakan-rakannya menandakan satu langkah penting ke arah penggunaan elektromangkin dua dimensi dalam aplikasi pengurangan CO2 elektrokimia. Para saintis memetik: “Keputusan ini akan memberikan pemahaman dan pembangunan yang lebih baik tentang strategi elektrokatalisis dikalkogenida logam dua dimensi untuk pengurangan elektrokimia karbon dioksida untuk menghasilkan hidrokarbon, alkohol, asid lemak dan alkena tanpa kesan sampingan.
Kepingan dua dimensi (2D) (atau monolayer) dikalkogenida logam ialah bahan jenis MX2 di mana M ialah atom logam, seperti molibdenum (Mo) atau timah (Sn), dan X ialah atom kalkogen, seperti sulfur (C). Strukturnya boleh dinyatakan sebagai lapisan atom X di atas lapisan atom M, yang seterusnya terletak pada lapisan atom X. Dikalkogenida logam dua dimensi tergolong dalam kelas bahan dua dimensi (yang juga termasuk grafen), yang bermaksud ia menipis. Bahan 2D selalunya mempunyai sifat fizikal yang berbeza daripada bahan pukal (3D).
Dikalkogenida logam dua dimensi telah dikaji untuk aktiviti elektropemangkinannya dalam tindak balas evolusi hidrogen (HER), satu proses kimia yang menghasilkan hidrogen. Tetapi kini, Yasufumi Takahashi dan rakan-rakannya di Universiti Kanazawa telah mendapati bahawa dikalkogenida logam dua dimensi SnS2 tidak menunjukkan aktiviti pemangkinan HER; ini merupakan sifat yang sangat penting dalam konteks strategik laluan tersebut.
Yusuke Kawabe, Yoshikazu Ito, Yuta Hori, Suresh Kukunuri, Fumiya Shiokawa, Tomohiko Nishiuchi, Samuel Chon, Kosuke Katagiri, Zeyu Xi, Chikai Lee, Yasuteru Shigeta dan Yasufumi Takahashi. Plat 1T/1H-SnS2 untuk pemindahan elektrokimia CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Tajuk: Eksperimen imbasan pada mikroskopi elektrokimia sel untuk mengkaji aktiviti pemangkinan kepingan SnS2 bagi mengurangkan pelepasan CO2.
Institut Nanobiologi Universiti Kanazawa (NanoLSI) telah ditubuhkan pada tahun 2017 sebagai sebahagian daripada program pusat penyelidikan antarabangsa terkemuka di dunia, MEXT. Matlamat program ini adalah untuk mewujudkan pusat penyelidikan bertaraf dunia. Menggabungkan pengetahuan terpenting dalam mikroskopi prob pengimbasan biologi, NanoLSI mewujudkan "teknologi nanoendoskopi" untuk pengimejan langsung, analisis dan manipulasi biomolekul bagi mendapatkan pandangan tentang mekanisme yang mengawal fenomena kehidupan seperti penyakit.
Sebagai sebuah universiti pendidikan umum yang terkemuka di pantai Laut Jepun, Universiti Kanazawa telah memberikan sumbangan besar kepada pendidikan tinggi dan penyelidikan akademik di Jepun sejak penubuhannya pada tahun 1949. Universiti ini mempunyai tiga kolej dan 17 sekolah yang menawarkan disiplin seperti perubatan, pengkomputeran dan kemanusiaan.
Universiti ini terletak di Kanazawa, sebuah bandar yang terkenal dengan sejarah dan budayanya, di pantai Laut Jepun. Sejak era feudal (1598-1867), Kanazawa telah menikmati prestij intelektual yang berwibawa. Universiti Kanazawa dibahagikan kepada dua kampus utama, Kakuma dan Takaramachi, dan mempunyai kira-kira 10,200 pelajar, 600 daripadanya adalah pelajar antarabangsa.
Lihat kandungan asal: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html