КАНАЗАВА, Жапония, 2023 жылғы 8 маусым /PRNewswire/ — Каназава университетінің зерттеушілері көміртегі бейтарап қоғам үшін көмірқышқыл газының химиялық тотықсыздануын жеделдету үшін қалайы дисульфидінің ультра жұқа қабатын қалайы қалай пайдалануға болатынын хабарлайды.
Өнеркәсіптік процестерден бөлінетін көмірқышқыл газын (CO2) қайта өңдеу адамзаттың тұрақты, көміртегі бейтарап қоғам құруға деген шұғыл ұмтылысында қажеттілік болып табылады. Осы себепті қазіргі уақытта CO2-ні басқа зиянды емес химиялық өнімдерге тиімді түрде түрлендіре алатын электрокатализаторлар кеңінен зерттелуде. Екі өлшемді (2D) металл дихалкогенидтері деп аталатын материалдар класы CO2 түрлендіруіне арналған электрокатализаторлар ретінде кандидаттар болып табылады, бірақ бұл материалдар көбінесе бәсекелес реакцияларды дамытады, бұл олардың тиімділігін төмендетеді. Ясуфуми Такахаши және Каназава университетінің Нанобиология ғылым институтының (WPI-NanoLSI) әріптестері CO2-ні тек табиғи шығу тегімен ғана емес, құмырсқа қышқылына дейін тиімді түрде тотықсыздандыра алатын екі өлшемді металл дихалкогенидін анықтады. Сонымен қатар, бұл байланыс химиялық синтездің аралық өнімі болып табылады.
Такахаши және оның әріптестері екі өлшемді дисульфидтің (MoS2) және қалайы дисульфидінің (SnS2) каталитикалық белсенділігін салыстырды. Екеуі де екі өлшемді металл дихалкогенидтері, соңғысы ерекше қызығушылық тудырады, себебі таза қалайы құмырсқа қышқылын өндірудің катализаторы ретінде белгілі. Бұл қосылыстардың электрохимиялық сынағы сутегінің бөліну реакциясының (HER) CO2 түрлендіруінің орнына MoS2 қолдану арқылы жеделдетілетінін көрсетті. HER сутегі отынын өндіруге бағытталған кезде пайдалы сутегі түзетін реакцияны білдіреді, бірақ CO2 тотықсыздану жағдайында бұл жағымсыз бәсекелес процесс. Екінші жағынан, SnS2 жақсы CO2 тотықсыздану белсенділігін көрсетті және HER-ді тежеді. Зерттеушілер сонымен қатар SnS2 ұнтағының көлемді бөлігін электрохимиялық өлшеулер жүргізіп, оның CO2 каталитикалық тотықсыздануында аз белсенді екенін анықтады.
SnS2-де каталитикалық белсенді орталықтардың қай жерде орналасқанын және 2D материалдың неліктен көлемді қосылысқа қарағанда жақсы жұмыс істейтінін түсіну үшін ғалымдар сканерлеуші ​​жасуша электрохимиялық микроскопия (SECCM) деп аталатын әдісті қолданды. SECCM нанопипетка ретінде пайдаланылады, үлгілердегі беттік реакцияларға сезімтал зондтар үшін наноөлшемді мениск тәрізді электрохимиялық жасушаны құрайды. Өлшеулер SnS2 парағының бүкіл беті каталитикалық белсенді екенін көрсетті, тек құрылымдағы «платформа» немесе «шеткі» элементтер ғана емес. Бұл сондай-ақ 2D SnS2-нің көлемді SnS2-мен салыстырғанда неге жоғары белсенділікке ие екенін түсіндіреді.
Есептеулер жүретін химиялық реакциялар туралы қосымша түсінік береді. Атап айтқанда, 2D SnS2 катализатор ретінде пайдаланылған кезде құмырсқа қышқылының түзілуі энергетикалық тұрғыдан қолайлы реакция жолы ретінде анықталды.
Такахаши мен әріптестерінің зерттеу нәтижелері электрохимиялық CO2 тотықсыздандыру қолданбаларында екі өлшемді электрокатализаторларды пайдалану жолындағы маңызды қадам болып табылады. Ғалымдар былай деп келтіреді: «Бұл нәтижелер көмірсутектерді, спирттерді, май қышқылдарын және алкендерді жанама әсерлерсіз алу үшін көмірқышқыл газын электрохимиялық тотықсыздандыруға арналған екі өлшемді металл дихалкогенидті электрокатализ стратегиясын жақсы түсінуге және әзірлеуге мүмкіндік береді».
Металл дихалкогенидтерінің екі өлшемді (2D) парақтары (немесе моноқабаттары) MX2 типті материалдар болып табылады, мұндағы M - молибден (Mo) немесе қалайы (Sn) сияқты металл атомы, ал X - күкірт (C) сияқты халькоген атомы. Құрылымды M атомдары қабатының үстіндегі X атомдарының қабаты ретінде көрсетуге болады, ол өз кезегінде X атомдары қабатында орналасқан. Екі өлшемді металл дихалкогенидтері екі өлшемді материалдар деп аталатын класына жатады (оған графен де кіреді), бұл олардың жұқаратынын білдіреді. 2D материалдар көбінесе көлемді (3D) аналогтарынан өзгеше физикалық қасиеттерге ие.
Екі өлшемді металл дихалкогенидтері сутегінің бөліну реакциясындағы (HER) электрокаталитикалық белсенділігі үшін зерттелді, бұл сутегін өндіретін химиялық процесс. Бірақ қазір Ясуфуми Такахаши және Канадзава университетіндегі әріптестері екі өлшемді металл дихалкогениді SnS2 HER каталитикалық белсенділігін көрсетпейтінін анықтады; бұл соқпақтың стратегиялық контекстінде өте маңызды қасиет.
Юсуке Кавабе, Йошиказу Ито, Юта Хори, Суреш Кукунури, Фумия Шиокава, Томохико Нишиучи, Самуэль Чон, Косуке Катагири, Зею Си, Чикай Ли, Ясутеру Шигета және Ясуфуми Такахаши. СО2, ACS XX, XXX–XXX (2023) электрохимиялық тасымалдауға арналған 1T/1H-SnS2 пластина.
Тақырыбы: CO2 шығарындыларын азайту үшін SnS2 парақтарының каталитикалық белсенділігін зерттеу мақсатында жасушалардың электрохимиялық микроскопиясы бойынша сканерлеу тәжірибелері.
Каназава университетінің Нанобиологиялық институты (NanoLSI) 2017 жылы әлемдегі жетекші халықаралық зерттеу орталығы MEXT бағдарламасының бөлігі ретінде құрылды. Бағдарламаның мақсаты - әлемдік деңгейдегі зерттеу орталығын құру. Биологиялық сканерлеу зонд микроскопиясы саласындағы ең маңызды білімді біріктіре отырып, NanoLSI ауру сияқты тіршілік құбылыстарын басқаратын механизмдерді түсіну үшін биомолекулаларды тікелей бейнелеу, талдау және манипуляциялау үшін «наноэндоскопия технологиясын» орнатады.
Жапон теңізінің жағалауындағы жетекші жалпы білім беру университеті ретінде Канадзава университеті 1949 жылы құрылған сәттен бастап Жапониядағы жоғары білім мен академиялық зерттеулерге үлкен үлес қосты. Университетте медицина, есептеу техникасы және гуманитарлық ғылымдар сияқты пәндерді ұсынатын үш колледж және 17 мектеп бар.
Университет Жапон теңізінің жағалауындағы тарихы мен мәдениетімен әйгілі Канадзава қаласында орналасқан. Феодалдық дәуірден бастап (1598-1867) Канадзава беделді интеллектуалды беделге ие болды. Канадзава университеті екі негізгі кампусқа, Какума және Такарамачиге бөлінген және шамамен 10 200 студенті бар, олардың 600-і халықаралық студенттер.
Түпнұсқа мазмұнды қараңыз: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html