KANAZAWA, Giappone, 8 giugno 2023 /PRNewswire/ — I ricercatori dell'Università di Kanazawa riferiscono come uno strato ultrasottile di disolfuro di stagno possa essere utilizzato per accelerare la riduzione chimica dell'anidride carbonica, per una società a zero emissioni di carbonio.
Il riciclo dell'anidride carbonica (CO2) emessa dai processi industriali è una necessità nell'urgente ricerca dell'umanità verso una società sostenibile e a zero emissioni di carbonio. Per questo motivo, sono attualmente ampiamente studiati elettrocatalizzatori in grado di convertire efficacemente la CO2 in altri prodotti chimici meno nocivi. Una classe di materiali noti come dicalcogenuri metallici bidimensionali (2D) è candidata come elettrocatalizzatore per la conversione della CO2, ma questi materiali spesso promuovono anche reazioni concorrenti, riducendone l'efficienza. Yasufumi Takahashi e colleghi del Nanobiology Science Institute (WPI-NanoLSI) dell'Università di Kanazawa hanno identificato un dicalcogenuro metallico bidimensionale in grado di ridurre efficacemente la CO2 in acido formico, non solo di origine naturale. Inoltre, questa connessione è un collegamento intermedio, prodotto di sintesi chimica.
Takahashi e colleghi hanno confrontato l'attività catalitica del disolfuro bidimensionale (MoS2) e del disolfuro di stagno (SnS2). Entrambi sono dicalcogenuri metallici bidimensionali, quest'ultimo di particolare interesse perché è noto che lo stagno puro è un catalizzatore per la produzione di acido formico. I test elettrochimici di questi composti hanno mostrato che la reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER) viene accelerata utilizzando MoS2 anziché la conversione di CO2. HER si riferisce a una reazione che produce idrogeno, utile quando si intende produrre combustibile a base di idrogeno, ma nel caso della riduzione di CO2, è un processo competitivo indesiderato. D'altra parte, SnS2 ha mostrato una buona attività di riduzione di CO2 e ha inibito HER. I ricercatori hanno anche effettuato misurazioni elettrochimiche su polvere di SnS2 in massa e hanno scoperto che era meno attiva nella riduzione catalitica di CO2.
Per comprendere dove si trovano i siti cataliticamente attivi nell'SnS2 e perché un materiale 2D abbia prestazioni migliori di un composto in massa, gli scienziati hanno utilizzato una tecnica chiamata microscopia elettrochimica a scansione cellulare (SECCM). La SECCM viene utilizzata come una nanopipetta, formando una cella elettrochimica a forma di menisco su scala nanometrica per sonde sensibili alle reazioni superficiali sui campioni. Le misurazioni hanno mostrato che l'intera superficie del foglio di SnS2 era cataliticamente attiva, non solo gli elementi "piattaforma" o "bordo" nella struttura. Questo spiega anche perché l'SnS2 2D ha un'attività maggiore rispetto all'SnS2 in massa.
I calcoli forniscono ulteriori informazioni sulle reazioni chimiche che avvengono. In particolare, la formazione di acido formico è stata identificata come una via di reazione energeticamente favorevole quando si utilizza SnS2 2D come catalizzatore.
I risultati di Takahashi e colleghi segnano un passo importante verso l'uso di elettrocatalizzatori bidimensionali nelle applicazioni di riduzione elettrochimica della CO2. Gli scienziati affermano: "Questi risultati forniranno una migliore comprensione e sviluppo di una strategia di elettrocatalisi bidimensionale con dicalcogenuri metallici per la riduzione elettrochimica dell'anidride carbonica per produrre idrocarburi, alcoli, acidi grassi e alcheni senza effetti collaterali".
I fogli (o monostrati) bidimensionali (2D) di dicalcogenuri metallici sono materiali di tipo MX2, dove M è un atomo metallico, come molibdeno (Mo) o stagno (Sn), e X è un atomo di calcogeno, come lo zolfo (C). La struttura può essere espressa come uno strato di atomi X sopra uno strato di atomi M, che a sua volta si trova su uno strato di atomi X. I dicalcogenuri metallici bidimensionali appartengono a una classe di cosiddetti materiali bidimensionali (che include anche il grafene), il che significa che sono sottili. I materiali 2D hanno spesso proprietà fisiche diverse rispetto alle loro controparti in massa (3D).
I dicalcogenuri metallici bidimensionali sono stati studiati per la loro attività elettrocatalitica nella reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER), un processo chimico che produce idrogeno. Ma ora, Yasufumi Takahashi e colleghi dell'Università di Kanazawa hanno scoperto che il dicalcogenuro metallico bidimensionale SnS2 non mostra attività catalitica HER; questa è una proprietà estremamente importante nel contesto strategico del percorso.
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. Piastra 1T/1H-SnS2 per trasferimento elettrochimico di CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Titolo: Esperimenti di scansione su microscopia elettrochimica di cellule per studiare l'attività catalitica dei fogli di SnS2 per ridurre le emissioni di CO2.
Il Nanobiological Institute dell'Università di Kanazawa (NanoLSI) è stato fondato nel 2017 nell'ambito del programma del MEXT, il principale centro di ricerca internazionale al mondo. L'obiettivo del programma è creare un centro di ricerca di livello mondiale. Combinando le più importanti conoscenze nel campo della microscopia a scansione di sonda biologica, NanoLSI sviluppa la "tecnologia di nanoendoscopia" per l'imaging diretto, l'analisi e la manipolazione di biomolecole al fine di comprendere i meccanismi che controllano fenomeni vitali come le malattie.
In qualità di importante università di istruzione generale sulla costa del Mar del Giappone, l'Università di Kanazawa ha dato un grande contributo all'istruzione superiore e alla ricerca accademica in Giappone fin dalla sua fondazione nel 1949. L'università ha tre college e 17 scuole che offrono discipline come medicina, informatica e discipline umanistiche.
L'università si trova a Kanazawa, una città famosa per la sua storia e cultura, sulla costa del Mar del Giappone. Fin dall'epoca feudale (1598-1867), Kanazawa ha goduto di un autorevole prestigio intellettuale. L'Università di Kanazawa è divisa in due campus principali, Kakuma e Takaramachi, e conta circa 10.200 studenti, 600 dei quali sono studenti internazionali.
Visualizza il contenuto originale: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html