کانازاوا، ژاپن، ۸ ژوئن ۲۰۲۳ /PRNewswire/ — محققان دانشگاه کانازاوا گزارش می‌دهند که چگونه می‌توان از یک لایه فوق‌العاده نازک دی‌سولفید قلع برای تسریع کاهش شیمیایی دی‌اکسید کربن برای رسیدن به یک جامعه خنثی از نظر کربن استفاده کرد.
بازیافت دی‌اکسید کربن (CO2) منتشر شده از فرآیندهای صنعتی، در تلاش فوری بشریت برای یک جامعه پایدار و بدون کربن، یک ضرورت است. به همین دلیل، الکتروکاتالیست‌هایی که می‌توانند CO2 را به طور مؤثر به سایر محصولات شیمیایی کم‌ضرر تبدیل کنند، در حال حاضر به طور گسترده مورد مطالعه قرار می‌گیرند. دسته‌ای از مواد که به عنوان دی‌کالکوژنیدهای فلزی دوبعدی (2D) شناخته می‌شوند، کاندیداهایی به عنوان الکتروکاتالیست برای تبدیل CO هستند، اما این مواد اغلب واکنش‌های رقابتی را نیز تقویت می‌کنند و باعث کاهش کارایی آنها می‌شوند. یاسوفومی تاکاهاشی و همکارانش در موسسه علوم نانوبیولوژی دانشگاه کانازاوا (WPI-NanoLSI) یک دی‌کالکوژنید فلزی دوبعدی را شناسایی کرده‌اند که می‌تواند CO2 را به طور مؤثر به اسید فرمیک، نه فقط با منشأ طبیعی، کاهش دهد. علاوه بر این، این ارتباط یک حلقه واسط است. محصول سنتز شیمیایی.
تاکاهاشی و همکارانش فعالیت کاتالیزوری دی‌سولفید دوبعدی (MoS2) و دی‌سولفید قلع (SnS2) را مقایسه کردند. هر دو، دی‌کالکوژنیدهای فلزی دوبعدی هستند که مورد دوم مورد توجه ویژه قرار گرفته است زیرا قلع خالص به عنوان کاتالیزوری برای تولید اسید فرمیک شناخته می‌شود. آزمایش الکتروشیمیایی این ترکیبات نشان داد که واکنش آزادسازی هیدروژن (HER) با استفاده از MoS2 به جای تبدیل CO2 تسریع می‌شود. HER به واکنشی اشاره دارد که هیدروژن تولید می‌کند، که هنگام تولید سوخت هیدروژنی مفید است، اما در مورد کاهش CO2، یک فرآیند رقابتی نامطلوب است. از سوی دیگر، SnS2 فعالیت کاهش CO2 خوبی نشان داد و HER را مهار کرد. محققان همچنین اندازه‌گیری‌های الکتروشیمیایی پودر SnS2 فله را انجام دادند و دریافتند که در کاهش کاتالیزوری CO2 فعالیت کمتری دارد.
برای درک اینکه مکان‌های فعال کاتالیزوری در SnS2 کجا قرار دارند و چرا یک ماده دوبعدی عملکرد بهتری نسبت به یک ترکیب توده‌ای دارد، دانشمندان از تکنیکی به نام میکروسکوپ الکتروشیمیایی سلول روبشی (SECCM) استفاده کردند. SECCM به عنوان یک نانوپیپت استفاده می‌شود و یک سلول الکتروشیمیایی به شکل منیسک در مقیاس نانو را برای کاوشگرهایی که به واکنش‌های سطحی روی نمونه‌ها حساس هستند، تشکیل می‌دهد. اندازه‌گیری‌ها نشان داد که کل سطح ورق SnS2 از نظر کاتالیزوری فعال است، نه فقط عناصر "سکو" یا "لبه" در ساختار. این همچنین توضیح می‌دهد که چرا SnS2 دوبعدی در مقایسه با SnS2 توده‌ای فعالیت بالاتری دارد.
محاسبات، بینش بیشتری در مورد واکنش‌های شیمیایی رخ داده ارائه می‌دهند. به طور خاص، تشکیل اسید فرمیک به عنوان یک مسیر واکنش از نظر انرژی مطلوب، زمانی که از SnS2 دوبعدی به عنوان کاتالیزور استفاده می‌شود، شناسایی شده است.
یافته‌های تاکاهاشی و همکارانش گامی مهم در جهت استفاده از الکتروکاتالیست‌های دوبعدی در کاربردهای کاهش الکتروشیمیایی CO2 است. دانشمندان استناد می‌کنند: «این نتایج درک و توسعه بهتری از یک استراتژی الکتروکاتالیز دوبعدی دی‌کالکوژنید فلزی برای کاهش الکتروشیمیایی دی‌اکسید کربن برای تولید هیدروکربن‌ها، الکل‌ها، اسیدهای چرب و آلکن‌ها بدون عوارض جانبی ارائه می‌دهد.»
صفحات (یا تک لایه‌های) دوبعدی (2D) از دی‌کالکوژنیدهای فلزی، موادی از نوع MX2 هستند که در آن‌ها M یک اتم فلزی مانند مولیبدن (Mo) یا قلع (Sn) و X یک اتم کالکوژن مانند گوگرد (C) است. این ساختار را می‌توان به صورت لایه‌ای از اتم‌های X روی لایه‌ای از اتم‌های M بیان کرد که به نوبه خود روی لایه‌ای از اتم‌های X قرار دارد. دی‌کالکوژنیدهای فلزی دوبعدی به دسته‌ای از مواد به اصطلاح دوبعدی (که شامل گرافن نیز می‌شود) تعلق دارند، به این معنی که نازک هستند. مواد دوبعدی اغلب خواص فیزیکی متفاوتی نسبت به همتایان توده‌ای (سه‌بعدی) خود دارند.
دی‌کالکوژنیدهای فلزی دوبعدی به دلیل فعالیت الکتروکاتالیستی‌شان در واکنش تکامل هیدروژن (HER)، یک فرآیند شیمیایی که هیدروژن تولید می‌کند، مورد بررسی قرار گرفته‌اند. اما اکنون، یاسوفومی تاکاهاشی و همکارانش در دانشگاه کانازاوا دریافته‌اند که دی‌کالکوژنید فلزی دوبعدی SnS2 فعالیت کاتالیزوری HER را نشان نمی‌دهد؛ این یک ویژگی بسیار مهم در زمینه استراتژیک دنباله است.
یوسوکه کاوابه، یوشیکازو ایتو، یوتا هوری، سورش کوکونوری، فومیا شیکاوا، توموهیکو نیشیوشی، ساموئل چون، کوسوکه کاتاگیری، زیو ژی، چیکای لی، یاسوترو شیگتا و یاسوفومی تاکاهاشی. صفحه 1T/1H-SnS2 برای انتقال الکتروشیمیایی CO2، ACS XX، XXX–XXX (2023).
عنوان: آزمایش‌های اسکن روی میکروسکوپ الکتروشیمیایی سلول‌ها برای مطالعه فعالیت کاتالیزوری صفحات SnS2 جهت کاهش انتشار CO2.
موسسه نانوبیولوژیکی دانشگاه کانازاوا (NanoLSI) در سال ۲۰۱۷ به عنوان بخشی از برنامه مرکز تحقیقاتی بین‌المللی پیشرو در جهان، MEXT، تأسیس شد. هدف این برنامه ایجاد یک مرکز تحقیقاتی در سطح جهانی است. NanoLSI با ترکیب مهم‌ترین دانش در میکروسکوپ پروبی روبشی بیولوژیکی، «فناوری نانوآندوسکوپی» را برای تصویربرداری مستقیم، تجزیه و تحلیل و دستکاری مولکول‌های زیستی ایجاد می‌کند تا به بینشی در مورد مکانیسم‌هایی که پدیده‌های حیاتی مانند بیماری را کنترل می‌کنند، دست یابد.
دانشگاه کانازاوا، به عنوان یک دانشگاه پیشرو در آموزش عمومی در سواحل دریای ژاپن، از زمان تأسیس خود در سال ۱۹۴۹، سهم بسزایی در آموزش عالی و تحقیقات دانشگاهی در ژاپن داشته است. این دانشگاه دارای سه کالج و ۱۷ مدرسه است که رشته‌هایی مانند پزشکی، کامپیوتر و علوم انسانی را ارائه می‌دهند.
این دانشگاه در کانازاوا، شهری مشهور به تاریخ و فرهنگ خود، در ساحل دریای ژاپن واقع شده است. از دوران فئودالی (1598-1867)، کانازاوا از اعتبار فکری معتبری برخوردار بوده است. دانشگاه کانازاوا به دو پردیس اصلی، کاکوما و تاکاراماچی تقسیم شده است و حدود 10200 دانشجو دارد که 600 نفر از آنها دانشجویان بین‌المللی هستند.
مشاهده محتوای اصلی: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html