ԿԱՆԱԶԱՎԱ, Ճապոնիա, 8 հունիսի, 2023 թ. /PRNewswire/ — Կանազավայի համալսարանի հետազոտողները հայտնում են, թե ինչպես կարելի է անագի դիսուլֆիդի գերբարակ շերտը օգտագործել ածխաթթու գազի քիմիական վերականգնումը արագացնելու համար՝ ածխածնային չեզոք հասարակության համար։
Արդյունաբերական գործընթացներից արտանետվող ածխաթթու գազի (CO2) վերամշակումը անհրաժեշտություն է մարդկության կողմից կայուն, ածխածնային չեզոք հասարակության ստեղծման հրատապ որոնման գործում: Այդ պատճառով ներկայումս լայնորեն ուսումնասիրվում են էլեկտրակատալիզատորներ, որոնք կարող են արդյունավետորեն CO2-ը փոխակերպել այլ, պակաս վնասակար քիմիական արտադրանքի: Երկչափ (2D) մետաղական դիխալկոգենիդներ անունով հայտնի նյութերի դասը CO փոխակերպման էլեկտրոկատալիզատորների թեկնածուներ են, սակայն այս նյութերը հաճախ նաև խթանում են մրցակցային ռեակցիաները՝ նվազեցնելով դրանց արդյունավետությունը: Կանազավայի համալսարանի Նանոկենսաբանության գիտության ինստիտուտի (WPI-NanoLSI) Յասուֆումի Տակահաշին և նրա գործընկերները բացահայտել են երկչափ մետաղական դիխալկոգենիդ, որը կարող է արդյունավետորեն վերականգնել CO2-ը մրջնաթթվի, ոչ միայն բնական ծագման: Ավելին, այս կապը քիմիական սինթեզի միջանկյալ օղակ է:
Տակահաշին և նրա գործընկերները համեմատել են երկչափ դիսուլֆիդի (MoS2) և անագի դիսուլֆիդի (SnS2) կատալիտիկ ակտիվությունը։ Երկուսն էլ երկչափ մետաղական դիխալկոգենիդներ են, վերջինս հատկապես հետաքրքիր է, քանի որ մաքուր անագը հայտնի է որպես մրջնաթթվի արտադրության կատալիզատոր։ Այս միացությունների էլեկտրաքիմիական փորձարկումները ցույց են տվել, որ ջրածնի արտազատման ռեակցիան (HER) արագանում է MoS2-ի միջոցով՝ CO2-ի փոխակերպման փոխարեն։ HER-ը վերաբերում է այն ռեակցիային, որն առաջացնում է ջրածին, որը օգտակար է ջրածնային վառելիք արտադրելու մտադրության դեպքում, բայց CO2-ի վերականգնման դեպքում դա անցանկալի մրցակցային գործընթաց է։ Մյուս կողմից, SnS2-ը ցույց է տվել CO2-ի լավ վերականգնման ակտիվություն և արգելակել է HER-ը։ Հետազոտողները նաև էլեկտրաքիմիական չափումներ են կատարել SnS2 փոշու զանգվածային մասի վրա և պարզել, որ այն պակաս ակտիվ է CO2-ի կատալիտիկ վերականգնման մեջ։
Հասկանալու համար, թե որտեղ են գտնվում SnS2-ի կատալիտիկ ակտիվ կենտրոնները և ինչու է երկչափ նյութն ավելի լավ աշխատում, քան զանգվածային միացությունը, գիտնականները օգտագործել են սկանավորող բջջային էլեկտրաքիմիական մանրադիտակ (SECCM) կոչվող տեխնիկան: SECCM-ն օգտագործվում է որպես նանոպիպետ՝ ձևավորելով նանոմասշտաբի մենիսկի ձև ունեցող էլեկտրաքիմիական բջիջ նմուշների վրա մակերևութային ռեակցիաների նկատմամբ զգայուն զոնդերի համար: Չափումները ցույց են տվել, որ SnS2 թերթի ամբողջ մակերեսը կատալիտիկ ակտիվ էր, այլ ոչ թե միայն կառուցվածքի «հարթակի» կամ «եզրի» տարրերը: Սա նաև բացատրում է, թե ինչու է երկչափ SnS2-ն ավելի բարձր ակտիվություն ունենում զանգվածային SnS2-ի համեմատ:
Հաշվարկները լրացուցիչ պատկերացում են տալիս տեղի ունեցող քիմիական ռեակցիաների մասին: Մասնավորապես, մրջնաթթվի առաջացումը նույնականացվել է որպես էներգետիկորեն բարենպաստ ռեակցիայի ուղի, երբ 2D SnS2-ը օգտագործվում է որպես կատալիզատոր:
Տակահաշիի և նրա գործընկերների հայտնագործությունները կարևոր քայլ են CO2-ի էլեկտրաքիմիական վերականգնման կիրառություններում երկչափ էլեկտրակատալիզատորների օգտագործման ուղղությամբ: Գիտնականները նշում են. «Այս արդյունքները կապահովեն երկչափ մետաղական դիխալկոգենիդային էլեկտրակատալիզի ռազմավարության ավելի լավ ըմբռնում և մշակում՝ ածխաթթու գազի էլեկտրաքիմիական վերականգնման համար՝ առանց կողմնակի ազդեցությունների ածխաջրածիններ, սպիրտներ, ճարպաթթուներ և ալկեններ ստանալու համար»:
Մետաղական դիխալկոգենիդների երկչափ (2D) թերթերը (կամ մոնաշերտերը) MX2 տիպի նյութեր են, որտեղ M-ը մետաղի ատոմ է, օրինակ՝ մոլիբդեն (Mo) կամ անագ (Sn), իսկ X-ը՝ քաղկոգենի ատոմ, օրինակ՝ ծծումբ (C): Կառուցվածքը կարող է արտահայտվել որպես X ատոմների շերտ M ատոմների շերտի վրա, որն իր հերթին գտնվում է X ատոմների շերտի վրա: Երկչափ մետաղական դիխալկոգենիդները պատկանում են այսպես կոչված երկչափ նյութերի դասին (որը ներառում է նաև գրաֆենը), ինչը նշանակում է, որ դրանք բարակ են: 2D նյութերը հաճախ ունեն տարբեր ֆիզիկական հատկություններ, քան իրենց ծավալային (3D) համարժեքները:
Երկչափ մետաղական դիխալկոգենիդները ուսումնասիրվել են ջրածնի էվոլյուցիայի ռեակցիայում (HER), որը քիմիական գործընթաց է, որն առաջացնում է ջրածին, իրենց էլեկտրակատալիտիկ ակտիվության համար։ Սակայն այժմ Յասուֆումի Տակահաշին և նրա գործընկերները Կանազավայի համալսարանից պարզել են, որ երկչափ մետաղական դիխալկոգենիդ SnS2-ը չի ցուցաբերում HER կատալիտիկ ակտիվություն. սա չափազանց կարևոր հատկություն է արահետի ռազմավարական համատեքստում։
Յուսուկե Կավաբե, Յոշիկազու Իտո, Յուտա Հորի, Սուրեշ Կուկունուրի, Ֆումիա Շիոկավան, Տոմոհիկո Նիշիուչի, Սամուել Չոն, Կոսուկե Կատագիրի, Զեյու Սի, Չիկաի Լի, Յասուտերու Շիգետա և Յասուֆումի Տակահաշի: Թիթեղ 1T/1H-SnS2 CO2-ի էլեկտրաքիմիական փոխանցման համար, ACS XX, XXX–XXX (2023):
Վերնագիր՝ SnS2 թերթերի կատալիտիկ ակտիվության ուսումնասիրման համար բջիջների էլեկտրաքիմիական մանրադիտակի սկանավորման փորձեր՝ CO2 արտանետումները նվազեցնելու համար։
Կանազավայի համալսարանի նանոկենսաբանական ինստիտուտը (NanoLSI) հիմնադրվել է 2017 թվականին՝ որպես աշխարհի առաջատար միջազգային հետազոտական ​​կենտրոնի՝ MEXT ծրագրի մաս: Ծրագրի նպատակն է ստեղծել համաշխարհային մակարդակի հետազոտական ​​կենտրոն: Կենսաբանական սկանավորող զոնդային մանրադիտակի ամենակարևոր գիտելիքները համատեղելով՝ NanoLSI-ն ստեղծում է «նանոէնդոսկոպիկ տեխնոլոգիա» կենսամոլեկուլների ուղղակի պատկերման, վերլուծության և մանիպուլյացիայի համար՝ կյանքի երևույթները, ինչպիսիք են հիվանդությունները, վերահսկող մեխանիզմները հասկանալու համար:
Որպես Ճապոնական ծովի ափին գտնվող առաջատար հանրակրթական համալսարան՝ Կանազավայի համալսարանը 1949 թվականին հիմնադրվելուց ի վեր մեծ ներդրում է ունեցել Ճապոնիայի բարձրագույն կրթության և ակադեմիական հետազոտությունների գործում: Համալսարանն ունի երեք քոլեջ և 17 դպրոց, որոնք առաջարկում են այնպիսի առարկաներ, ինչպիսիք են բժշկությունը, հաշվողական տեխնիկան և հումանիտար գիտությունները:
Համալսարանը գտնվում է Կանազավայում՝ իր պատմությամբ և մշակույթով հայտնի քաղաքում, Ճապոնական ծովի ափին: Ֆեոդալական դարաշրջանից (1598-1867) Կանազավան վայելել է հեղինակավոր մտավորական հեղինակություն: Կանազավայի համալսարանը բաժանված է երկու հիմնական՝ Կակումա և Տակարամաչի կամպուսների և ունի մոտ 10,200 ուսանող, որոնցից 600-ը միջազգային ուսանողներ են:
Դիտել բնօրինակ բովանդակությունը՝ https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html