KANAZAWA, Japonya, 8 Haziran 2023 /PRNewswire/ — Kanazawa Üniversitesi araştırmacıları, karbon nötr bir toplum için karbondioksitin kimyasal indirgenmesini hızlandırmak amacıyla ultra ince bir kalay disülfür tabakasının nasıl kullanılabileceğini raporladı.
Endüstriyel süreçlerden yayılan karbondioksitin (CO2) geri dönüşümü, insanlığın sürdürülebilir, karbon nötr bir toplum arayışında bir zorunluluktur. Bu nedenle, CO2'yi verimli bir şekilde daha az zararlı kimyasal ürünlere dönüştürebilen elektrokatalizörler şu anda yaygın olarak incelenmektedir. İki boyutlu (2D) metal dikalkojenitler olarak bilinen bir malzeme sınıfı, CO2 dönüşümü için elektrokatalizör adayıdır, ancak bu malzemeler genellikle rekabet eden reaksiyonları da teşvik ederek verimliliklerini azaltır. Kanazawa Üniversitesi Nanobiyoloji Bilim Enstitüsü'nden (WPI-NanoLSI) Yasufumi Takahashi ve meslektaşları, CO2'yi doğal kökenli formik aside etkili bir şekilde indirgeyebilen iki boyutlu bir metal dikalkojenit tanımladılar. Dahası, bu bağlantı, kimyasal sentezin ara bir ürünüdür.
Takahashi ve meslektaşları, iki boyutlu disülfür (MoS2) ve kalay disülfürün (SnS2) katalitik aktivitesini karşılaştırdılar. Her ikisi de iki boyutlu metal dikalkojenittir; ikincisi özellikle ilgi çekicidir çünkü saf kalayın formik asit üretiminde katalizör olduğu bilinmektedir. Bu bileşiklerin elektrokimyasal testleri, hidrojen evrim reaksiyonunun (HER) CO2 dönüşümü yerine MoS2 kullanılarak hızlandırıldığını gösterdi. HER, hidrojen üreten bir reaksiyonu ifade eder ve hidrojen yakıtı üretmek istendiğinde faydalıdır, ancak CO2 indirgenmesi durumunda istenmeyen bir rakip süreçtir. Öte yandan, SnS2 iyi bir CO2 indirgeme aktivitesi gösterdi ve HER'i inhibe etti. Araştırmacılar ayrıca, SnS2 tozunun elektrokimyasal ölçümlerini de yaptılar ve CO2'nin katalitik indirgenmesinde daha az aktif olduğunu buldular.
Bilim insanları, SnS2'deki katalitik olarak aktif bölgelerin nerede bulunduğunu ve neden 2 boyutlu bir malzemenin kütle halindeki bir bileşikten daha iyi performans gösterdiğini anlamak için taramalı hücre elektrokimyasal mikroskopi (SECCM) adı verilen bir teknik kullandılar. SECCM, numuneler üzerindeki yüzey reaksiyonlarına duyarlı problar için nano ölçekli menisküs şeklinde bir elektrokimyasal hücre oluşturan bir nanopipet olarak kullanılır. Ölçümler, SnS2 levhasının tüm yüzeyinin katalitik olarak aktif olduğunu, yapının sadece "platform" veya "kenar" elemanlarının değil, gösterdi. Bu aynı zamanda 2 boyutlu SnS2'nin kütle halindeki SnS2'ye kıyasla neden daha yüksek aktiviteye sahip olduğunu da açıklıyor.
Hesaplamalar, gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar hakkında daha fazla bilgi sağlamaktadır. Özellikle, 2D SnS2 katalizör olarak kullanıldığında formik asit oluşumunun enerjik olarak elverişli bir reaksiyon yolu olduğu belirlenmiştir.
Takahashi ve meslektaşlarının bulguları, elektrokimyasal CO2 indirgeme uygulamalarında iki boyutlu elektrokatalizörlerin kullanımına doğru önemli bir adım teşkil ediyor. Bilim insanları şu açıklamayı yapıyor: “Bu sonuçlar, yan etkiler olmaksızın hidrokarbonlar, alkoller, yağ asitleri ve alkenler üretmek için karbondioksitin elektrokimyasal olarak indirgenmesine yönelik iki boyutlu metal dikalkojenit elektrokataliz stratejisinin daha iyi anlaşılmasını ve geliştirilmesini sağlayacaktır.”
İki boyutlu (2B) metal dikalkojenit levhalar (veya tek katmanlar), M'nin molibden (Mo) veya kalay (Sn) gibi bir metal atomu ve X'in kükürt (C) gibi bir kalkojen atomu olduğu MX2 tipi malzemelerdir. Yapı, bir M atomu katmanının üzerinde bir X atomu katmanı ve bunun da bir X atomu katmanının üzerinde yer alması şeklinde ifade edilebilir. İki boyutlu metal dikalkojenitler, ince oldukları anlamına gelen iki boyutlu malzemeler (grafen de dahil olmak üzere) sınıfına aittir. 2B malzemeler genellikle kütlesel (3B) muadillerinden farklı fiziksel özelliklere sahiptir.
İki boyutlu metal dikalkojenitler, hidrojen üreten kimyasal bir süreç olan hidrojen evrim reaksiyonunda (HER) elektrokatalitik aktiviteleri açısından araştırılmıştır. Ancak şimdi, Kanazawa Üniversitesi'nden Yasufumi Takahashi ve meslektaşları, iki boyutlu metal dikalkojenit SnS2'nin HER katalitik aktivitesi göstermediğini keşfettiler; bu, araştırmanın stratejik bağlamında son derece önemli bir özelliktir.
Yusuke Kawabe, Yoshikazu Ito, Yuta Hori, Suresh Kukunuri, Fumiya Shiokawa, Tomohiko Nishiuchi, Samuel Chon, Kosuke Katagiri, Zeyu Xi, Chikai Lee, Yasuteru Shigeta ve Yasufumi Takahashi. CO2'nin elektrokimyasal transferi için plaka 1T/1H-SnS2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Başlık: CO2 emisyonlarını azaltmada SnS2 levhalarının katalitik aktivitesini incelemek için hücrelerin elektrokimyasal mikroskopi ile tarama deneyleri.
Kanazawa Üniversitesi Nanobiyoloji Enstitüsü (NanoLSI), dünyanın önde gelen uluslararası araştırma merkezi MEXT'in programı kapsamında 2017 yılında kurulmuştur. Programın amacı, dünya standartlarında bir araştırma merkezi oluşturmaktır. Biyolojik taramalı prob mikroskopi alanındaki en önemli bilgileri bir araya getiren NanoLSI, hastalık gibi yaşam olaylarını kontrol eden mekanizmalar hakkında bilgi edinmek için biyomoleküllerin doğrudan görüntülenmesi, analizi ve manipülasyonu için "nanoendoskopi teknolojisi"ni geliştirmektedir.
Japon Denizi kıyısındaki önde gelen genel eğitim üniversitelerinden biri olan Kanazawa Üniversitesi, 1949'daki kuruluşundan bu yana Japonya'da yükseköğretime ve akademik araştırmalara büyük katkılarda bulunmuştur. Üniversite, tıp, bilgisayar bilimi ve beşeri bilimler gibi disiplinlerde eğitim veren üç fakülte ve 17 okuldan oluşmaktadır.
Üniversite, Japon Denizi kıyısında, tarihi ve kültürüyle ünlü Kanazawa şehrinde yer almaktadır. Feodal dönemden (1598-1867) beri Kanazawa, saygın bir entelektüel prestije sahiptir. Kanazawa Üniversitesi, Kakuma ve Takaramachi olmak üzere iki ana kampüse ayrılmıştır ve yaklaşık 10.200 öğrencisi vardır; bunların 600'ü uluslararası öğrencidir.
Orijinal içeriği görüntülemek için: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html