KANAZAWA, Japó, 8 de juny de 2023 /PRNewswire/ — Investigadors de la Universitat de Kanazawa informen de com es pot utilitzar una capa ultrafina de disulfur d'estany per accelerar la reducció química del diòxid de carboni per a una societat neutra en carboni.
El reciclatge del diòxid de carboni (CO2) emès pels processos industrials és una necessitat en la recerca urgent de la humanitat d'una societat sostenible i neutra en carboni. Per aquest motiu, actualment s'estan estudiant àmpliament electrocatalitzadors que poden convertir eficientment el CO2 en altres productes químics menys nocius. Una classe de materials coneguts com a dicalcogenurs metàl·lics bidimensionals (2D) són candidats com a electrocatalitzadors per a la conversió de CO, però aquests materials sovint també promouen reaccions competitives, cosa que redueix la seva eficiència. Yasufumi Takahashi i els seus col·legues de l'Institut de Ciències de Nanobiologia de la Universitat de Kanazawa (WPI-NanoLSI) han identificat un dicalcogenur metàl·lic bidimensional que pot reduir eficaçment el CO2 a àcid fòrmic, no només d'origen natural. A més, aquesta connexió és un enllaç intermedi producte de la síntesi química.
Takahashi i els seus col·legues van comparar l'activitat catalítica del disulfur bidimensional (MoS2) i el disulfur d'estany (SnS2). Tots dos són dicalcogenurs metàl·lics bidimensionals, i aquest últim és d'especial interès perquè se sap que l'estany pur és un catalitzador per a la producció d'àcid fòrmic. Les proves electroquímiques d'aquests compostos van mostrar que la reacció d'evolució d'hidrogen (HER) s'accelera utilitzant MoS2 en lloc de la conversió de CO2. HER fa referència a una reacció que produeix hidrogen, cosa que és útil quan es pretén produir combustible d'hidrogen, però en el cas de la reducció de CO2, és un procés competidor indesitjable. D'altra banda, SnS2 va mostrar una bona activitat reductora de CO2 i va inhibir HER. Els investigadors també van prendre mesures electroquímiques de pols de SnS2 a granel i van descobrir que era menys actiu en la reducció catalítica de CO2.
Per entendre on es troben els llocs catalíticament actius en SnS2 i per què un material 2D té un millor rendiment que un compost a granel, els científics van utilitzar una tècnica anomenada microscòpia electroquímica de cèl·lules d'escombratge (SECCM). La SECCM s'utilitza com una nanopipeta, formant una cel·la electroquímica en forma de menisc a nanoescala per a sondes sensibles a les reaccions superficials de les mostres. Les mesures van mostrar que tota la superfície de la làmina de SnS2 era catalíticament activa, no només els elements de "plataforma" o "vora" de l'estructura. Això també explica per què l'SnS2 2D té una activitat més alta en comparació amb l'SnS2 a granel.
Els càlculs proporcionen més informació sobre les reaccions químiques que tenen lloc. En particular, la formació d'àcid fòrmic s'ha identificat com una via de reacció energèticament favorable quan s'utilitza SnS2 2D com a catalitzador.
Les troballes de Takahashi i els seus col·legues marquen un pas important cap a l'ús d'electrocatalitzadors bidimensionals en aplicacions de reducció electroquímica de CO2. Els científics citen: "Aquests resultats proporcionaran una millor comprensió i desenvolupament d'una estratègia d'electrocatàlisi de dicalcogenurs metàl·lics bidimensional per a la reducció electroquímica de diòxid de carboni per produir hidrocarburs, alcohols, àcids grassos i alquens sense efectes secundaris."
Les làmines (o monocapes) bidimensionals (2D) de dicalcogenurs metàl·lics són materials de tipus MX2 on M és un àtom metàl·lic, com ara el molibdè (Mo) o l'estany (Sn), i X és un àtom de calcogen, com ara el sofre (C). L'estructura es pot expressar com una capa d'àtoms X sobre una capa d'àtoms M, que al seu torn es troba sobre una capa d'àtoms X. Els dicalcogenurs metàl·lics bidimensionals pertanyen a una classe dels anomenats materials bidimensionals (que també inclou el grafè), la qual cosa significa que s'aprima. Els materials 2D sovint tenen propietats físiques diferents que els seus homòlegs a granel (3D).
S'ha investigat l'activitat electrocatalítica dels dicalcogenurs metàl·lics bidimensionals en la reacció d'evolució d'hidrogen (HER), un procés químic que produeix hidrogen. Però ara, Yasufumi Takahashi i els seus col·legues de la Universitat de Kanazawa han descobert que el dicalcogenur metàl·lic bidimensional SnS2 no presenta activitat catalítica HER; aquesta és una propietat extremadament important en el context estratègic de la prova.
Yusuke Kawabe, Yoshikazu Ito, Yuta Hori, Suresh Kukunuri, Fumiya Shiokawa, Tomohiko Nishiuchi, Samuel Chon, Kosuke Katagiri, Zeyu Xi, Chikai Lee, Yasuteru Shigeta i Yasufumi Takahashi. Placa 1T/1H-SnS2 per a la transferència electroquímica de CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Títol: Experiments de rastreig en microscòpia electroquímica de cèl·lules per estudiar l'activitat catalítica de làmines de SnS2 per reduir les emissions de CO2.
L'Institut Nanobiològic de la Universitat de Kanazawa (NanoLSI) es va establir el 2017 com a part del programa del centre de recerca internacional líder mundial MEXT. L'objectiu del programa és crear un centre de recerca de classe mundial. Combinant els coneixements més importants en microscòpia de sonda d'escombratge biològic, NanoLSI estableix la "tecnologia de nanoendoscòpia" per a la imatge directa, l'anàlisi i la manipulació de biomolècules per obtenir informació sobre els mecanismes que controlen fenòmens vitals com ara les malalties.
Com a universitat líder en educació general a la costa del Mar del Japó, la Universitat de Kanazawa ha fet grans contribucions a l'educació superior i la recerca acadèmica al Japó des de la seva fundació el 1949. La universitat té tres facultats i 17 escoles que ofereixen disciplines com ara medicina, informàtica i humanitats.
La universitat es troba a Kanazawa, una ciutat famosa per la seva història i cultura, a la costa del mar del Japó. Des de l'època feudal (1598-1867), Kanazawa ha gaudit d'un prestigi intel·lectual autoritzat. La Universitat de Kanazawa està dividida en dos campus principals, Kakuma i Takaramachi, i té uns 10.200 estudiants, 600 dels quals són estudiants internacionals.
Veure el contingut original: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html