КАНАЗАВА, Япон, 2023 оны 6-р сарын 8 /PRNewswire/ — Каназава Их Сургуулийн судлаачид нүүрстөрөгчийн саармаг нийгэмд нүүрстөрөгчийн давхар ислийн химийн бууралтыг хурдасгахын тулд хэт нимгэн цагаан тугалганы дисульфидын давхаргыг хэрхэн ашиглаж болохыг мэдээлэв.
Аж үйлдвэрийн процессоос ялгарч буй нүүрстөрөгчийн давхар исэл (CO2)-ийг дахин боловсруулах нь хүн төрөлхтний тогтвортой, нүүрстөрөгчгүй нийгмийг эрэлхийлэх зайлшгүй шаардлага юм. Ийм учраас CO2-ыг бусад хор хөнөөл багатай химийн бүтээгдэхүүн болгон үр дүнтэй хувиргаж чадах электрокатализаторуудыг одоогоор өргөнөөр судалж байна. Хоёр хэмжээст (2D) металл дихалкогенид гэгддэг материалын ангиллыг CO хувиргах электрокатализатор болгон ашиглаж болох боловч эдгээр материалууд нь ихэвчлэн өрсөлдөх урвалыг дэмжиж, үр ашгийг нь бууруулдаг. Ясуфуми Такахаши болон Каназава Их Сургуулийн Нанобиологийн Шинжлэх Ухааны Хүрээлэнгийн (WPI-NanoLSI) хамт ажиллагсад нь зөвхөн байгалийн гаралтай төдийгүй шоргоолжны хүчил болгон CO2-ыг үр дүнтэй бууруулж чадах хоёр хэмжээст металл дихалкогенидийг тодорхойлсон. Түүнээс гадна, энэхүү холболт нь химийн синтезийн завсрын холбоос юм.
Такахаши болон түүний хамтрагчид хоёр хэмжээст дисульфид (MoS2) болон цагаан тугалганы дисульфид (SnS2)-ийн каталитик идэвхийг харьцуулсан. Хоёулаа хоёр хэмжээст металл дихалкогенид бөгөөд сүүлийнх нь онцгой сонирхолтой юм, учир нь цэвэр цагаан тугалга нь шоргоолжны хүчил үйлдвэрлэх катализатор болдог гэдгээрээ алдартай. Эдгээр нэгдлүүдийн электрохимийн шинжилгээгээр устөрөгчийн ялгарлын урвал (HER) нь CO2 хувиргалтын оронд MoS2 ашиглан хурдасдаг болохыг харуулсан. HER нь устөрөгч үүсгэдэг урвалыг хэлдэг бөгөөд энэ нь устөрөгчийн түлш үйлдвэрлэхээр төлөвлөж байх үед ашигтай боловч CO2-ийг бууруулах тохиолдолд энэ нь хүсээгүй өрсөлдөөнт процесс юм. Нөгөөтэйгүүр, SnS2 нь CO2-ийг бууруулах сайн идэвхжил үзүүлж, HER-ийг дарангуйлсан. Судлаачид мөн SnS2 нунтаг дээр электрохимийн хэмжилт хийж, CO2-ийг каталитик аргаар бууруулахад бага идэвхтэй болохыг тогтоожээ.
SnS2-д каталитик идэвхтэй төвүүд хаана байрладаг, мөн 2 хэмжээст материал нь яагаад бөөн нэгдлээс илүү сайн ажилладаг болохыг ойлгохын тулд эрдэмтэд сканнердах эсийн электрохимийн микроскоп (SECCM) гэж нэрлэгддэг аргыг ашигласан. SECCM-ийг нанопипетка болгон ашигладаг бөгөөд дээж дээрх гадаргуугийн урвалд мэдрэмтгий байдаг датчикуудад зориулсан нано хэмжээтэй мениск хэлбэртэй электрохимийн эсийг үүсгэдэг. Хэмжилтүүд нь SnS2 хуудасны бүх гадаргуу нь зөвхөн бүтцийн "платформ" эсвэл "ирмэг" элементүүд төдийгүй каталитик идэвхтэй болохыг харуулсан. Энэ нь мөн 2 хэмжээст SnS2 нь бөөн SnS2-той харьцуулахад яагаад илүү өндөр идэвхжилтэй болохыг тайлбарлаж байна.
Тооцоолол нь явагдаж буй химийн урвалын талаар илүү гүнзгий ойлголт өгөх боломжийг олгодог. Ялангуяа 2D SnS2-ийг катализатор болгон ашиглах үед шоргоолжны хүчил үүсэх нь энергийн хувьд таатай урвалын зам болохыг тогтоосон.
Такахаши болон түүний хамтрагчдын олдворууд нь электрохимийн CO2 бууруулах хэрэглээнд хоёр хэмжээст электрокатализаторыг ашиглах чухал алхам болж байна. Эрдэмтэд: "Эдгээр үр дүн нь нүүрсустөрөгч, спирт, тосны хүчил, алкенийг гаж нөлөөгүйгээр үйлдвэрлэхийн тулд нүүрстөрөгчийн давхар ислийг электрохимийн аргаар бууруулах хоёр хэмжээст металл дихалкогенидын электрокатализийн стратегийг илүү сайн ойлгож, хөгжүүлэх боломжийг олгоно" гэж дурджээ.
Металл дихалкогенидын хоёр хэмжээст (2D) хуудас (эсвэл нэг давхарга) нь MX2 төрлийн материал бөгөөд M нь молибден (Mo) эсвэл цагаан тугалга (Sn) зэрэг металлын атом, X нь хүхэр (C) зэрэг халькоген атом юм. Бүтцийг М атомын давхаргын дээр байрлах X атомын давхарга хэлбэрээр илэрхийлж болох бөгөөд энэ нь эргээд X атомын давхарга дээр байрладаг. Хоёр хэмжээст металл дихалкогенид нь хоёр хэмжээст материалын ангилалд багтдаг (үүнд графен орно), өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь нимгэрдэг. 2D материалууд нь ихэвчлэн эзэлхүүнтэй (3D) харьцуулсан материалаасаа өөр физик шинж чанартай байдаг.
Хоёр хэмжээст металл дихалкогенидуудыг устөрөгчийн хувьслын урвал (HER)-д электрокаталитик идэвхжилээр нь судалсан бөгөөд энэ нь устөрөгч үүсгэдэг химийн процесс юм. Гэвч одоо Ясуфуми Такахаши болон Каназавагийн Их Сургуулийн хамтрагчид хоёр хэмжээст металл дихалкогенид SnS2 нь HER каталитик идэвхжил үзүүлдэггүй болохыг тогтоожээ; энэ нь замын стратегийн хүрээнд маш чухал шинж чанар юм.
Юсүкэ Кавабе, Ёшиказу Ито, Юта Хори, Суреш Кукунури, Фүмия Шиокава, Томохико Нишиүчи, Самуэл Чон, Косуке Катагири, Зею Си, Чикай Ли, Ясүтерү Шигета, Ясүфүми Такахаши. CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023) -ийг цахилгаан химийн аргаар дамжуулах хавтан 1T/1H-SnS2.
Гарчиг: CO2 ялгарлыг бууруулахын тулд SnS2 хуудасны каталитик идэвхжлийг судлахын тулд эсийн электрохимийн микроскопоор сканнердах туршилтууд.
Каназава Их Сургуулийн Нанобиологийн Хүрээлэн (NanoLSI) нь дэлхийн тэргүүлэгч олон улсын судалгааны төв MEXT-ийн хөтөлбөрийн хүрээнд 2017 онд байгуулагдсан. Хөтөлбөрийн зорилго нь дэлхийн хэмжээний судалгааны төвийг бий болгох явдал юм. Биологийн сканнердах датчикийн микроскопийн хамгийн чухал мэдлэгийг нэгтгэн NanoLSI нь өвчин гэх мэт амьдралын үзэгдлийг хянадаг механизмын талаар ойлголт авахын тулд биомолекулуудыг шууд дүрслэх, шинжлэх, удирдах "наноэндоскопийн технологи"-г бий болгодог.
Японы тэнгисийн эрэг дээрх тэргүүлэх ерөнхий боловсролын их сургууль болох Каназава Их Сургууль нь 1949 онд байгуулагдсанаасаа хойш Японы дээд боловсрол, эрдэм шинжилгээний ажилд ихээхэн хувь нэмэр оруулсан. Тус их сургууль нь анагаах ухаан, компьютер, хүмүүнлэгийн зэрэг салбаруудыг санал болгодог гурван коллеж, 17 сургуультай.
Тус их сургууль нь Японы тэнгисийн эрэг дээрх түүх, соёлоороо алдартай Каназава хотод байрладаг. Феодалын үеэс (1598-1867) хойш Каназава нь оюуны нэр хүндтэй байсан. Каназавагийн их сургууль нь Какума, Такарамачи гэсэн хоёр үндсэн кампустай бөгөөд 10,200 орчим оюутантай бөгөөд тэдний 600 нь олон улсын оюутнууд юм.
Анхны контентыг үзэх: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html