კანაზავა, იაპონია, 2023 წლის 8 ივნისი /PRNewswire/ — კანაზავას უნივერსიტეტის მკვლევარები იუწყებიან, თუ როგორ შეიძლება კალის დისულფიდის ულტრათხელი ფენის გამოყენება ნახშირორჟანგის ქიმიური შემცირების დასაჩქარებლად ნახშირბად-ნეიტრალური საზოგადოებისთვის.
სამრეწველო პროცესებიდან გამოყოფილი ნახშირორჟანგის (CO2) გადამუშავება კაცობრიობის მდგრადი, ნახშირბად-ნეიტრალური საზოგადოების შექმნის სასწრაფო ძიების აუცილებლობაა. ამ მიზეზით, ელექტროკატალიზატორები, რომლებსაც შეუძლიათ CO2-ის ეფექტურად გარდაქმნა სხვა, ნაკლებად მავნე ქიმიურ პროდუქტებად, ამჟამად ფართოდ არის შესწავლილი. მასალების კლასი, რომელიც ცნობილია როგორც ორგანზომილებიანი (2D) ლითონის დიქალკოგენიდები, CO-ს გარდაქმნის ელექტროკატალიზატორების კანდიდატები არიან, მაგრამ ეს მასალები ხშირად ხელს უწყობენ კონკურენტ რეაქციებს, რაც ამცირებს მათ ეფექტურობას. იასუფუმი ტაკაჰაშიმ და მისმა კოლეგებმა კანაზავას უნივერსიტეტის ნანობიოლოგიის მეცნიერების ინსტიტუტიდან (WPI-NanoLSI) აღმოაჩინეს ორგანზომილებიანი ლითონის დიქალკოგენიდი, რომელსაც შეუძლია CO2-ის ეფექტურად აღდგენა ჭიანჭველმჟავად, არა მხოლოდ ბუნებრივი წარმოშობის. უფრო მეტიც, ეს კავშირი ქიმიური სინთეზის შუალედური რგოლია.
ტაკაჰაშიმ და მისმა კოლეგებმა შეადარეს ორგანზომილებიანი დისულფიდის (MoS2) და კალის დისულფიდის (SnS2) კატალიზური აქტივობა. ორივე ორგანზომილებიანი ლითონის დიქალკოგენიდია, ეს უკანასკნელი განსაკუთრებით საინტერესოა, რადგან ცნობილია, რომ სუფთა კალა ჭიანჭველმჟავას წარმოების კატალიზატორია. ამ ნაერთების ელექტროქიმიურმა ტესტირებამ აჩვენა, რომ წყალბადის გამოყოფის რეაქცია (HER) დაჩქარებულია MoS2-ის გამოყენებით CO2-ის გარდაქმნის ნაცვლად. HER ეხება რეაქციას, რომელიც წარმოქმნის წყალბადს, რაც სასარგებლოა წყალბადის საწვავის წარმოებისას, მაგრამ CO2-ის შემცირების შემთხვევაში, ეს არასასურველი კონკურენტული პროცესია. მეორეს მხრივ, SnS2-მა აჩვენა კარგი CO2-ის აღმდგენი აქტივობა და აინჰიბირა HER. მკვლევარებმა ასევე ჩაატარეს SnS2 ფხვნილის ელექტროქიმიური გაზომვები და აღმოაჩინეს, რომ ის ნაკლებად აქტიური იყო CO2-ის კატალიზურ აღდგენაში.
იმის გასაგებად, თუ სად მდებარეობს SnS2-ში კატალიზურად აქტიური უბნები და რატომ მუშაობს 2D მასალა უკეთესად, ვიდრე მოცულობითი ნაერთი, მეცნიერებმა გამოიყენეს ტექნიკა, რომელსაც სკანირების უჯრედის ელექტროქიმიური მიკროსკოპია (SECCM) ეწოდება. SECCM გამოიყენება ნანოპიპეტის სახით, რომელიც ქმნის ნანომასშტაბიან მენისკის ფორმის ელექტროქიმიურ უჯრედს ზონდებისთვის, რომლებიც მგრძნობიარეა ნიმუშებზე ზედაპირული რეაქციების მიმართ. გაზომვებმა აჩვენა, რომ SnS2 ფურცლის მთელი ზედაპირი იყო კატალიზურად აქტიური და არა მხოლოდ სტრუქტურაში არსებული „პლატფორმის“ ან „კიდის“ ელემენტები. ეს ასევე ხსნის, თუ რატომ აქვს 2D SnS2-ს უფრო მაღალი აქტივობა მოცულობით SnS2-თან შედარებით.
გამოთვლები მეტ ინფორმაციას გვაწვდის მიმდინარე ქიმიური რეაქციების შესახებ. კერძოდ, ჭიანჭველმჟავას წარმოქმნა ენერგეტიკულად ხელსაყრელ რეაქციის გზად იქნა მიჩნეული, როდესაც კატალიზატორად 2D SnS2 გამოიყენება.
ტაკაჰაშის და მისი კოლეგების დასკვნები მნიშვნელოვან ნაბიჯს წარმოადგენს ორგანზომილებიანი ელექტროკატალიზატორების ელექტროქიმიური CO2-ის შემცირების აპლიკაციებში გამოყენების მიმართულებით. მეცნიერები ციტირებენ: „ეს შედეგები ხელს შეუწყობს ნახშირორჟანგის ელექტროქიმიური შემცირებისთვის ორგანზომილებიანი მეტალის დიქალკოგენიდის ელექტროკატალიზის სტრატეგიის უკეთ გაგებას და განვითარებას, რათა გვერდითი მოვლენების გარეშე წარმოიქმნას ნახშირწყალბადები, სპირტები, ცხიმოვანი მჟავები და ალკენები.“
ლითონის დიქალკოგენიდების ორგანზომილებიანი (2D) ფურცლები (ან მონოშრეები) MX2 ტიპის მასალებია, სადაც M არის ლითონის ატომი, როგორიცაა მოლიბდენი (Mo) ან კალა (Sn), ხოლო X არის ქალკოგენის ატომი, როგორიცაა გოგირდი (C). სტრუქტურა შეიძლება გამოისახოს, როგორც X ატომების ფენა M ატომების ფენის თავზე, რომელიც თავის მხრივ მდებარეობს X ატომების ფენაზე. ორგანზომილებიანი ლითონის დიქალკოგენიდები მიეკუთვნებიან ე.წ. ორგანზომილებიანი მასალების კლასს (რომელიც ასევე მოიცავს გრაფენს), რაც ნიშნავს, რომ ისინი თხელდებიან. 2D მასალებს ხშირად განსხვავებული ფიზიკური თვისებები აქვთ, ვიდრე მათ მოცულობით (3D) ანალოგებს.
ორგანზომილებიანი ლითონის დიქალკოგენიდები შესწავლილი იქნა მათი ელექტროკატალიზური აქტივობის დასადგენად წყალბადის ევოლუციის რეაქციაში (HER), ქიმიურ პროცესში, რომელიც წყალბადს წარმოქმნის. თუმცა, ახლა, იასუფუმი ტაკაჰაშიმ და მისმა კოლეგებმა კანაზავას უნივერსიტეტიდან აღმოაჩინეს, რომ ორგანზომილებიანი ლითონის დიქალკოგენიდი SnS2 არ ავლენს HER კატალიზურ აქტივობას; ეს უაღრესად მნიშვნელოვანი თვისებაა კვალის სტრატეგიულ კონტექსტში.
იუსუკე კავაბე, იოშიკაზუ იტო, იუტა ჰორი, სურეშ კუკუნური, ფუმია შიოკავა, ტომოჰიკო ნიშიუჩი, სამუელ ჩონი, კოსუკე კატაგირი, ზეიუ ქსი, ჩიკაი ლი, იასუტერუ შიგეტა და იასუფუმი ტაკაჰაში. ფირფიტა 1T/1H-SnS2 CO2-ის ელექტროქიმიური გადაცემისთვის, ACS XX, XXX–XXX (2023).
სათაური: უჯრედების ელექტროქიმიური მიკროსკოპიის სკანირების ექსპერიმენტები SnS2 ფურცლების კატალიზური აქტივობის შესასწავლად CO2-ის გამოყოფის შესამცირებლად.
კანაზავას უნივერსიტეტის ნანობიოლოგიური ინსტიტუტი (NanoLSI) 2017 წელს დაარსდა მსოფლიოში წამყვანი საერთაშორისო კვლევითი ცენტრის MEXT პროგრამის ფარგლებში. პროგრამის მიზანია მსოფლიო დონის კვლევითი ცენტრის შექმნა. ბიოლოგიური სკანირების ზონდის მიკროსკოპიის უმნიშვნელოვანესი ცოდნის გაერთიანებით, NanoLSI ქმნის „ნანოენდოსკოპიის ტექნოლოგიას“ ბიომოლეკულების პირდაპირი ვიზუალიზაციის, ანალიზისა და მანიპულირებისთვის, რათა გავიგოთ მექანიზმები, რომლებიც აკონტროლებენ სასიცოცხლო მოვლენებს, როგორიცაა დაავადებები.
იაპონიის ზღვის სანაპიროზე მდებარე წამყვანი ზოგადი განათლების უნივერსიტეტი კანაზავას უნივერსიტეტს, 1949 წელს დაარსების დღიდან, დიდი წვლილი მიუძღვის იაპონიაში უმაღლეს განათლებასა და აკადემიურ კვლევაში. უნივერსიტეტს აქვს სამი კოლეჯი და 17 სკოლა, რომლებიც სთავაზობენ ისეთ დისციპლინებს, როგორიცაა მედიცინა, კომპიუტერული მეცნიერებები და ჰუმანიტარული მეცნიერებები.
უნივერსიტეტი მდებარეობს კანაზავაში, ქალაქში, რომელიც ცნობილია თავისი ისტორიითა და კულტურით, იაპონიის ზღვის სანაპიროზე. ფეოდალური ხანიდან (1598-1867) კანაზავა ავტორიტეტული ინტელექტუალური პრესტიჟით სარგებლობს. კანაზავას უნივერსიტეტი დაყოფილია ორ მთავარ კამპუსად, კაკუმად და ტაკარამაჩიდ და ჰყავს დაახლოებით 10,200 სტუდენტი, რომელთაგან 600 საერთაშორისო სტუდენტია.
ორიგინალი კონტენტის ნახვა: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html