KANAZAWA, Japan, 8. júní 2023 /PRNewswire/ — Rannsakendur við Kanazawa-háskóla greina frá því hvernig hægt er að nota ofurþunnt lag af tindísúlfíði til að flýta fyrir efnafræðilegri minnkun koltvísýrings. Fyrir kolefnishlutlaust samfélag.
Endurvinnsla koltvísýrings (CO2) sem losnar frá iðnaðarferlum er nauðsynleg í brýnni leit mannkynsins að sjálfbæru, kolefnishlutlausu samfélagi. Þess vegna eru rafhvata sem geta á skilvirkan hátt umbreytt CO2 í aðrar, minna skaðlegar efnavörur nú rannsökuð mikið. Flokkur efna sem kallast tvívíð (2D) málmdíkalkógeníð eru hugsanlegir rafhvata fyrir CO2 umbreytingu, en þessi efni stuðla oft einnig að samkeppnisviðbrögðum, sem dregur úr skilvirkni þeirra. Yasufumi Takahashi og samstarfsmenn við Nanobiology Science Institute við Kanazawa-háskóla (WPI-NanoLSI) hafa borið kennsl á tvívítt málmdíkalkógeníð sem getur á áhrifaríkan hátt dregið úr CO2 í maurasýru, ekki aðeins af náttúrulegum uppruna. Ennfremur er þessi tenging millistig í afurð efnasmíði.
Takahashi og samstarfsmenn hans báru saman hvatavirkni tvívíðs dísúlfíðs (MoS2) og tin dísúlfíðs (SnS2). Báðir eru tvívíðir málmdíkalkógeníð, en hið síðarnefnda er sérstaklega áhugavert þar sem vitað er að hreint tin er hvati við framleiðslu maurasýru. Rafefnafræðilegar prófanir á þessum efnasamböndum sýndu að vetnismyndunarviðbrögðin (HER) eru hraðað með því að nota MoS2 í stað CO2 umbreytingar. HER vísar til viðbragða sem framleiða vetni, sem er gagnlegt þegar ætlunin er að framleiða vetniseldsneyti, en í tilviki CO2 afoxunar er það óæskilegt samkeppnisferli. Hins vegar sýndi SnS2 góða CO2 afoxunarvirkni og hamlaði HER. Rannsakendurnir tóku einnig rafefnafræðilegar mælingar á lausu SnS2 dufti og komust að því að það var minna virkt við hvataafoxun CO2.
Til að skilja hvar hvatavirku staðirnir eru staðsettir í SnS2 og hvers vegna tvívítt efni virkar betur en efnasamband í lausu, notuðu vísindamennirnir tækni sem kallast rafefnafræðileg smásjárskoðun með skönnunarfrumum (SECCM). SECCM er notað sem nanópípetta, sem myndar nanóskala meniskuslaga rafefnafræðilega frumu fyrir mælikvarða sem eru viðkvæmir fyrir yfirborðshvörfum á sýnum. Mælingarnar sýndu að allt yfirborð SnS2 plötunnar var hvatavirkt, ekki bara „pallurinn“ eða „brúnirnar“ í uppbyggingunni. Þetta skýrir einnig hvers vegna tvívítt SnS2 hefur meiri virkni samanborið við SnS2 í lausu.
Útreikningar veita frekari innsýn í efnahvörfin sem eiga sér stað. Einkum hefur myndun maurasýru verið skilgreind sem orkulega hagstæð hvarfleið þegar tvívítt SnS2 er notað sem hvati.
Niðurstöður Takahashi og samstarfsmanna marka mikilvægt skref í átt að notkun tvívíðra rafhvata í rafefnafræðilegri notkun til að draga úr CO2 losun. Vísindamennirnir nefna: „Þessar niðurstöður munu veita betri skilning og þróun á tvívíddar rafhvataaðferð með málmdíkalkógeníði til rafefnafræðilegrar afoxunar koltvísýrings til að framleiða kolvetni, alkóhól, fitusýrur og alken án aukaverkana.“
Tvívíddar (2D) plötur (eða einlög) af málmdíkalkógeníðum eru af MX2-gerð þar sem M er málmatóm, eins og mólýbden (Mo) eða tin (Sn), og X er kalkógenatóm, eins og brennisteinn (C). Uppbyggingu málmdíkalkógeníða má tákna sem lag af X atómum ofan á lagi af M atómum, sem aftur er staðsett ofan á lagi af X atómum. Tvívíddar málmdíkalkógeníð tilheyra flokki svokallaðra tvívíðra efna (sem einnig inniheldur grafen), sem þýðir að þau þynnast. Tvívíddarefni hafa oft aðra eðliseiginleika en lausefni (3D).
Rafvirkni tvívíðra málmdíkalkógeníða hefur verið rannsökuð í vetnismyndunarviðbrögðum (HER), efnaferli sem framleiðir vetni. En nú hafa Yasufumi Takahashi og samstarfsmenn við Háskólann í Kanazawa komist að því að tvívíða málmdíkalkógeníðið SnS2 sýnir ekki HER hvatavirkni; þetta er afar mikilvægur eiginleiki í stefnumótandi samhengi slóðarinnar.
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. Plata 1T/1H-SnS2 fyrir rafefnafræðilegan flutning CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Titill: Skannandi tilraunir með rafefnafræðilegri smásjárskoðun á frumum til að rannsaka hvatavirkni SnS2-þata til að draga úr losun CO2.
Nanólíffræðistofnun Kanazawa-háskóla (NanoLSI) var stofnuð árið 2017 sem hluti af verkefni MEXT, leiðandi alþjóðlegra rannsóknarmiðstöðva heims. Markmið verkefnisins er að skapa rannsóknarmiðstöð í heimsklassa. Með því að sameina mikilvægustu þekkingu í líffræðilegri skönnunarsmásjárskoðun, kemur NanoLSI á fót „nanóspeglunartækni“ fyrir beina myndgreiningu, greiningu og meðhöndlun lífsameinda til að fá innsýn í þá ferla sem stjórna lífsfyrirbærum eins og sjúkdómum.
Kanazawa-háskóli, sem er leiðandi almennur háskóli við strendur Japanshafs, hefur lagt mikið af mörkum til háskólanáms og fræðilegra rannsókna í Japan frá stofnun sinni árið 1949. Háskólinn hefur þrjá framhaldsskóla og 17 skóla sem bjóða upp á greinar eins og læknisfræði, tölvunarfræði og hugvísindi.
Háskólinn er staðsettur í Kanazawa, borg fræg fyrir sögu sína og menningu, við strönd Japanshafs. Frá lénstímanum (1598-1867) hefur Kanazawa notið mikils vitsmunalegs virðingar. Kanazawa-háskóli skiptist í tvö aðalháskólasvæði, Kakuma og Takaramachi, og hefur um 10.200 nemendur, þar af 600 erlenda nemendur.
Sjá upprunalegt efni: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html