KANAZAWA, Jepang, 8 Juni 2023 /PRNewswire/ — Para peneliti Universitas Kanazawa melaporkan bagaimana lapisan timah disulfida yang sangat tipis dapat digunakan untuk mempercepat reduksi kimia karbon dioksida demi masyarakat yang netral karbon.
Daur ulang karbon dioksida (CO2) yang dihasilkan dari proses industri merupakan kebutuhan mendesak umat manusia dalam upaya mewujudkan masyarakat yang berkelanjutan dan netral karbon. Oleh karena itu, elektrokatalis yang dapat secara efisien mengubah CO2 menjadi produk kimia lain yang kurang berbahaya saat ini sedang banyak dipelajari. Kelas material yang dikenal sebagai dikalkogenida logam dua dimensi (2D) merupakan kandidat sebagai elektrokatalis untuk konversi CO2, tetapi material ini seringkali juga memicu reaksi kompetitif, sehingga mengurangi efisiensinya. Yasufumi Takahashi dan rekan-rekannya di Institut Sains Nanobiologi Universitas Kanazawa (WPI-NanoLSI) telah mengidentifikasi dikalkogenida logam dua dimensi yang dapat secara efektif mereduksi CO2 menjadi asam format, tidak hanya yang berasal dari alam. Terlebih lagi, hubungan ini merupakan produk perantara dari sintesis kimia.
Takahashi dan rekan-rekannya membandingkan aktivitas katalitik disulfida dua dimensi (MoS2) dan disulfida timah (SnS2). Keduanya adalah dikalkogenida logam dua dimensi, yang terakhir sangat menarik karena timah murni dikenal sebagai katalis untuk produksi asam format. Pengujian elektrokimia senyawa-senyawa ini menunjukkan bahwa reaksi evolusi hidrogen (HER) dipercepat dengan menggunakan MoS2, bukan konversi CO2. HER mengacu pada reaksi yang menghasilkan hidrogen, yang berguna ketika bermaksud untuk menghasilkan bahan bakar hidrogen, tetapi dalam kasus reduksi CO2, itu adalah proses kompetitif yang tidak diinginkan. Di sisi lain, SnS2 menunjukkan aktivitas reduksi CO2 yang baik dan menghambat HER. Para peneliti juga melakukan pengukuran elektrokimia pada bubuk SnS2 curah dan menemukan bahwa bubuk tersebut kurang aktif dalam reduksi katalitik CO2.
Untuk memahami di mana letak situs aktif katalitik dalam SnS2 dan mengapa material 2D berkinerja lebih baik daripada senyawa curah, para ilmuwan menggunakan teknik yang disebut mikroskopi elektrokimia sel pemindaian (SECCM). SECCM digunakan sebagai nanopipet, membentuk sel elektrokimia berbentuk meniskus skala nano untuk probe yang sensitif terhadap reaksi permukaan pada sampel. Pengukuran menunjukkan bahwa seluruh permukaan lembaran SnS2 aktif secara katalitik, bukan hanya elemen "platform" atau "tepi" dalam strukturnya. Ini juga menjelaskan mengapa SnS2 2D memiliki aktivitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan SnS2 curah.
Perhitungan memberikan wawasan lebih lanjut tentang reaksi kimia yang terjadi. Secara khusus, pembentukan asam format telah diidentifikasi sebagai jalur reaksi yang menguntungkan secara energetik ketika 2D SnS2 digunakan sebagai katalis.
Temuan Takahashi dan rekan-rekannya menandai langkah penting menuju penggunaan elektrokatalis dua dimensi dalam aplikasi reduksi elektrokimia CO2. Para ilmuwan menyatakan: “Hasil ini akan memberikan pemahaman dan pengembangan yang lebih baik tentang strategi elektrokatalisis dikalkogenida logam dua dimensi untuk reduksi elektrokimia karbon dioksida guna menghasilkan hidrokarbon, alkohol, asam lemak, dan alkena tanpa efek samping.”
Lembaran (atau lapisan tunggal) dua dimensi (2D) dari dikalkogenida logam adalah material tipe MX2 di mana M adalah atom logam, seperti molibdenum (Mo) atau timah (Sn), dan X adalah atom kalkogen, seperti sulfur (C). Strukturnya dapat dinyatakan sebagai lapisan atom X di atas lapisan atom M, yang pada gilirannya terletak di atas lapisan atom X. Dikalkogenida logam dua dimensi termasuk dalam kelas material dua dimensi (yang juga mencakup grafena), yang berarti bahwa material ini tipis. Material 2D seringkali memiliki sifat fisik yang berbeda dari material curah (3D) sejenisnya.
Dikalkogenida logam dua dimensi telah diteliti untuk aktivitas elektrokatalitiknya dalam reaksi evolusi hidrogen (HER), suatu proses kimia yang menghasilkan hidrogen. Namun kini, Yasufumi Takahashi dan rekan-rekannya di Universitas Kanazawa telah menemukan bahwa dikalkogenida logam dua dimensi SnS2 tidak menunjukkan aktivitas katalitik HER; ini adalah sifat yang sangat penting dalam konteks strategis jalur tersebut.
Yusuke Kawabe, Yoshikazu Ito, Yuta Hori, Suresh Kukunuri, Fumiya Shiokawa, Tomohiko Nishiuchi, Samuel Chon, Kosuke Katagiri, Zeyu Xi, Chikai Lee, Yasuteru Shigeta dan Yasufumi Takahashi. Pelat 1T/1H-SnS2 untuk transfer elektrokimia CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023).
Judul: Eksperimen pemindaian pada mikroskopi elektrokimia sel untuk mempelajari aktivitas katalitik lembaran SnS2 dalam mengurangi emisi CO2.
Institut Nanobiologi Universitas Kanazawa (NanoLSI) didirikan pada tahun 2017 sebagai bagian dari program pusat penelitian internasional terkemuka dunia, MEXT. Tujuan program ini adalah untuk menciptakan pusat penelitian kelas dunia. Dengan menggabungkan pengetahuan terpenting dalam mikroskopi probe pemindaian biologis, NanoLSI mengembangkan "teknologi nanoendoskopi" untuk pencitraan langsung, analisis, dan manipulasi biomolekul guna memperoleh wawasan tentang mekanisme yang mengendalikan fenomena kehidupan seperti penyakit.
Sebagai universitas pendidikan umum terkemuka di pesisir Laut Jepang, Universitas Kanazawa telah memberikan kontribusi besar bagi pendidikan tinggi dan penelitian akademik di Jepang sejak didirikan pada tahun 1949. Universitas ini memiliki tiga fakultas dan 17 sekolah yang menawarkan disiplin ilmu seperti kedokteran, ilmu komputer, dan humaniora.
Universitas ini terletak di Kanazawa, sebuah kota yang terkenal dengan sejarah dan budayanya, di pesisir Laut Jepang. Sejak era feodal (1598-1867), Kanazawa telah menikmati prestise intelektual yang berwibawa. Universitas Kanazawa terbagi menjadi dua kampus utama, Kakuma dan Takaramachi, dan memiliki sekitar 10.200 mahasiswa, 600 di antaranya adalah mahasiswa internasional.
Lihat konten asli: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html