KANAZAWA, Xapón, 8 de xuño de 2023 /PRNewswire/ — Investigadores da Universidade de Kanazawa informan de como se pode empregar unha capa ultrafina de disulfuro de estaño para acelerar a redución química do dióxido de carbono para unha sociedade neutra en carbono.
A reciclaxe do dióxido de carbono (CO2) emitido polos procesos industriais é unha necesidade na urxente procura da humanidade dunha sociedade sostible e neutra en carbono. Por este motivo, actualmente están a ser amplamente estudados electrocatalizadores que poidan converter eficientemente o CO2 noutros produtos químicos menos nocivos. Unha clase de materiais coñecidos como dicalcoxénidos metálicos bidimensionais (2D) son candidatos como electrocatalizadores para a conversión de CO, pero estes materiais a miúdo tamén promoven reaccións competidoras, o que reduce a súa eficiencia. Yasufumi Takahashi e os seus colegas do Instituto de Ciencias de Nanobioloxía da Universidade de Kanazawa (WPI-NanoLSI) identificaron un dicalcoxénido metálico bidimensional que pode reducir eficazmente o CO2 a ácido fórmico, non só de orixe natural. Ademais, esta conexión é un elo intermedio, produto da síntese química.
Takahashi e os seus colegas compararon a actividade catalítica do disulfuro bidimensional (MoS2) e do disulfuro de estaño (SnS2). Ambos son dicalcoxénidos metálicos bidimensionais, sendo este último de especial interese porque se sabe que o estaño puro é un catalizador para a produción de ácido fórmico. As probas electroquímicas destes compostos mostraron que a reacción de evolución do hidróxeno (HER) se acelera usando MoS2 en lugar da conversión de CO2. HER refírese a unha reacción que produce hidróxeno, o que é útil cando se pretende producir combustible de hidróxeno, pero no caso da redución de CO2, é un proceso competitivo indesexable. Por outra banda, o SnS2 mostrou unha boa actividade redutora de CO2 e inhibiu a HER. Os investigadores tamén realizaron medicións electroquímicas do po de SnS2 a granel e descubriron que era menos activo na redución catalítica de CO2.
Para comprender onde se atopan os sitios catalíticamente activos no SnS2 e por que un material 2D ten un mellor rendemento que un composto a granel, os científicos empregaron unha técnica chamada microscopía electroquímica de célula de varrido (SECCM). A SECCM utilízase como unha nanopipeta, formando unha célula electroquímica con forma de menisco a nanoescala para sondas sensibles ás reaccións superficiais nas mostras. As medicións mostraron que toda a superficie da folla de SnS2 era catalíticamente activa, non só os elementos de "plataforma" ou "bordo" da estrutura. Isto tamén explica por que o SnS2 2D ten unha maior actividade en comparación co SnS2 a granel.
Os cálculos proporcionan máis información sobre as reaccións químicas que teñen lugar. En particular, a formación de ácido fórmico identificouse como unha ruta de reacción enerxeticamente favorable cando se usa SnS2 2D como catalizador.
Os achados de Takahashi e os seus colegas marcan un paso importante cara ao uso de electrocatalizadores bidimensionais en aplicacións de redución electroquímica de CO2. Os científicos citan: «Estes resultados proporcionarán unha mellor comprensión e desenvolvemento dunha estratexia de electrocatálise de dicalcoxenuros metálicos bidimensional para a redución electroquímica de dióxido de carbono para producir hidrocarburos, alcohois, ácidos graxos e alcenos sen efectos secundarios».
As láminas (ou monocapas) bidimensionais (2D) de dicalcoxénidos metálicos son materiais de tipo MX2 onde M é un átomo metálico, como o molibdeno (Mo) ou o estaño (Sn), e X é un átomo de calcóxeno, como o xofre (C). A estrutura pódese expresar como unha capa de átomos X sobre unha capa de átomos M, que á súa vez está situada sobre unha capa de átomos X. Os dicalcoxénidos metálicos bidimensionais pertencen a unha clase dos chamados materiais bidimensionais (que tamén inclúe o grafeno), o que significa que son delgados. Os materiais 2D adoitan ter propiedades físicas diferentes ás dos seus homólogos a granel (3D).
Investigáronse dicalcoxénidos metálicos bidimensionais pola súa actividade electrocatalítica na reacción de evolución do hidróxeno (HER), un proceso químico que produce hidróxeno. Pero agora, Yasufumi Takahashi e os seus colegas da Universidade de Kanazawa descubriron que o dicalcoxénido metálico bidimensional SnS2 non presenta actividade catalítica HER; esta é unha propiedade extremadamente importante no contexto estratéxico da proba.
Yusuke Kawabe, Yoshikazu Ito, Yuta Hori, Suresh Kukunuri, Fumiya Shiokawa, Tomohiko Nishiuchi, Samuel Chon, Kosuke Katagiri, Zeyu Xi, Chikai Lee, Yasuteru Shigeta e Yasufumi Takahashi. Placa 1T/1H-SnS2 para transferencia electroquímica de CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Título: Experimentos de varrido en microscopía electroquímica de células para estudar a actividade catalítica das láminas de SnS2 para reducir as emisións de CO2.
O Instituto Nanobiolóxico da Universidade de Kanazawa (NanoLSI) foi establecido en 2017 como parte do programa do centro de investigación internacional líder mundial MEXT. O obxectivo do programa é crear un centro de investigación de clase mundial. Combinando o coñecemento máis importante en microscopía de sonda de barrido biolóxico, NanoLSI establece a "tecnoloxía de nanoendoscopia" para a obtención directa de imaxes, análise e manipulación de biomoléculas para obter información sobre os mecanismos que controlan os fenómenos vitais como as enfermidades.
Como universidade líder en educación xeral na costa do Mar do Xapón, a Universidade de Kanazawa fixo grandes contribucións á educación superior e á investigación académica no Xapón desde a súa fundación en 1949. A universidade ten tres facultades e 17 escolas que ofrecen disciplinas como medicina, informática e humanidades.
A universidade está situada en Kanazawa, unha cidade famosa pola súa historia e cultura, na costa do Mar do Xapón. Desde a era feudal (1598-1867), Kanazawa gozou dun prestixio intelectual autoritario. A Universidade de Kanazawa está dividida en dous campus principais, Kakuma e Takaramachi, e conta con arredor de 10.200 estudantes, dos cales 600 son estudantes internacionais.
Ver contido orixinal: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html