कनाज़ावा, जापान, 8 जून, 2023 /PRNewswire/ — कनाज़ावा विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने बताया है कि कार्बन डाइऑक्साइड के रासायनिक अपचयन को तेज करने के लिए टिन डाइसल्फाइड की एक अति पतली परत का उपयोग कैसे किया जा सकता है, ताकि कार्बन-तटस्थ समाज का निर्माण हो सके।
औद्योगिक प्रक्रियाओं से उत्सर्जित कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) का पुनर्चक्रण मानवता के सतत, कार्बन-तटस्थ समाज के निर्माण की दिशा में एक अत्यावश्यक प्रक्रिया है। इसी कारण, CO2 को अन्य कम हानिकारक रासायनिक उत्पादों में कुशलतापूर्वक परिवर्तित करने वाले विद्युत उत्प्रेरकों पर वर्तमान में व्यापक रूप से अध्ययन किया जा रहा है। दो-आयामी (2D) धातु डाइचैल्कोजेनाइड नामक पदार्थों का एक वर्ग CO2 रूपांतरण के लिए विद्युत उत्प्रेरक के रूप में उपयुक्त माना जाता है, लेकिन ये पदार्थ अक्सर परस्पर विरोधी अभिक्रियाओं को भी बढ़ावा देते हैं, जिससे इनकी दक्षता कम हो जाती है। कनाज़ावा विश्वविद्यालय के नैनोबायोलॉजी विज्ञान संस्थान (WPI-NanoLSI) के यासुफुमी ताकाहाशी और उनके सहयोगियों ने एक दो-आयामी धातु डाइचैल्कोजेनाइड की पहचान की है जो CO2 को न केवल प्राकृतिक रूप से उत्पन्न होने वाले, बल्कि रासायनिक संश्लेषण के मध्यवर्ती उत्पाद, फॉर्मिक अम्ल में प्रभावी रूप से परिवर्तित कर सकता है।
ताकाहाशी और उनके सहयोगियों ने दो-आयामी डाइसल्फाइड (MoS2) और टिन डाइसल्फाइड (SnS2) की उत्प्रेरक गतिविधि की तुलना की। दोनों ही दो-आयामी धातु डाइचैल्कोजेनाइड हैं, जिनमें से SnS2 विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि शुद्ध टिन फॉर्मिक एसिड के उत्पादन के लिए उत्प्रेरक के रूप में जाना जाता है। इन यौगिकों के विद्युत रासायनिक परीक्षण से पता चला कि MoS2 का उपयोग करने पर CO2 रूपांतरण के बजाय हाइड्रोजन विकास अभिक्रिया (HER) तेज हो जाती है। HER एक ऐसी अभिक्रिया है जो हाइड्रोजन उत्पन्न करती है, जो हाइड्रोजन ईंधन उत्पादन के लिए उपयोगी है, लेकिन CO2 अपचयन के मामले में, यह एक अवांछनीय प्रतिस्पर्धी प्रक्रिया है। दूसरी ओर, SnS2 ने CO2 अपचयन की अच्छी गतिविधि दिखाई और HER को बाधित किया। शोधकर्ताओं ने थोक SnS2 पाउडर का विद्युत रासायनिक मापन भी किया और पाया कि CO2 के उत्प्रेरक अपचयन में यह कम सक्रिय था।
SnS2 में उत्प्रेरक रूप से सक्रिय स्थल कहाँ स्थित हैं और एक 2D पदार्थ बल्क यौगिक की तुलना में बेहतर प्रदर्शन क्यों करता है, यह समझने के लिए वैज्ञानिकों ने स्कैनिंग सेल इलेक्ट्रोकेमिकल माइक्रोस्कोपी (SECCM) नामक तकनीक का उपयोग किया। SECCM का उपयोग नैनोपिपेट के रूप में किया जाता है, जो नमूनों पर सतही प्रतिक्रियाओं के प्रति संवेदनशील जांचों के लिए नैनोस्केल मेनिस्कस-आकार का इलेक्ट्रोकेमिकल सेल बनाता है। मापों से पता चला कि SnS2 शीट की पूरी सतह उत्प्रेरक रूप से सक्रिय थी, न कि केवल संरचना में "प्लेटफ़ॉर्म" या "किनारे" तत्व। यह इस बात की भी व्याख्या करता है कि बल्क SnS2 की तुलना में 2D SnS2 की सक्रियता अधिक क्यों है।
गणनाओं से होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं के बारे में और अधिक जानकारी मिलती है। विशेष रूप से, जब 2D SnS2 का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है, तो फॉर्मिक एसिड का निर्माण ऊर्जा की दृष्टि से अनुकूल प्रतिक्रिया मार्ग के रूप में पहचाना गया है।
ताकाहाशी और उनके सहयोगियों के निष्कर्ष विद्युत रासायनिक CO2 अपचयन अनुप्रयोगों में द्वि-आयामी इलेक्ट्रोकैटलिस्ट के उपयोग की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है। वैज्ञानिकों का कहना है, "ये परिणाम बिना किसी दुष्प्रभाव के हाइड्रोकार्बन, अल्कोहल, फैटी एसिड और एल्कीन जैसे उत्पादों के विद्युत रासायनिक अपचयन के लिए द्वि-आयामी धातु डाइचैल्कोजेनाइड इलेक्ट्रोकैटलिसिस रणनीति की बेहतर समझ और विकास प्रदान करेंगे।"
धातु डाइचैल्कोजेनाइड्स की द्वि-आयामी (2D) परतें (या मोनोलेयर) MX2 प्रकार की सामग्री होती हैं, जहाँ M एक धातु परमाणु है, जैसे मोलिब्डेनम (Mo) या टिन (Sn), और X एक चैल्कोजेन परमाणु है, जैसे सल्फर (C)। संरचना को M परमाणुओं की एक परत के ऊपर X परमाणुओं की एक परत के रूप में व्यक्त किया जा सकता है, जो बदले में X परमाणुओं की एक परत पर स्थित होती है। द्वि-आयामी धातु डाइचैल्कोजेनाइड्स को द्वि-आयामी सामग्री (जिसमें ग्राफीन भी शामिल है) के एक वर्ग में रखा जाता है, जिसका अर्थ है कि वे पतली होती हैं। 2D सामग्रियों के भौतिक गुण अक्सर उनके थोक (3D) समकक्षों से भिन्न होते हैं।
हाइड्रोजन उत्पादन करने वाली रासायनिक प्रक्रिया, हाइड्रोजन विकास अभिक्रिया (HER) में द्विविमीय धातु डाइचैल्कोजेनाइड्स की विद्युत उत्प्रेरक गतिविधि का अध्ययन किया गया है। लेकिन अब, कनाज़ावा विश्वविद्यालय के यासुफुमी ताकाहाशी और उनके सहयोगियों ने पाया है कि द्विविमीय धातु डाइचैल्कोजेनाइड SnS2 में HER उत्प्रेरक गतिविधि नहीं पाई जाती है; यह इस अध्ययन के रणनीतिक संदर्भ में एक अत्यंत महत्वपूर्ण विशेषता है।
युसुके कावाबे, योशिकाज़ु इतो, युता होरी, सुरेश कुकुनुरी, फुमिया शियोकावा, तोमोहिको निशिउची, सैमुअल चोन, कोसुके कटागिरी, ज़ेयू शी, चिकाई ली, यासुतेरु शिगेटा और यासुफुमी ताकाहाशी। CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023) के विद्युत रासायनिक स्थानांतरण के लिए प्लेट 1T/1H-SnS2।
शीर्षक: कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन को कम करने के लिए SnS2 शीट की उत्प्रेरक गतिविधि का अध्ययन करने हेतु कोशिकाओं की विद्युत रासायनिक सूक्ष्मदर्शी पर स्कैनिंग प्रयोग।
कनाज़ावा विश्वविद्यालय का नैनोबायोलॉजिकल संस्थान (नैनोएलएसआई) विश्व के अग्रणी अंतरराष्ट्रीय अनुसंधान केंद्र एमईएक्सटी के कार्यक्रम के अंतर्गत 2017 में स्थापित किया गया था। इस कार्यक्रम का उद्देश्य एक विश्व स्तरीय अनुसंधान केंद्र का निर्माण करना है। बायोलॉजिकल स्कैनिंग प्रोब माइक्रोस्कोपी के सबसे महत्वपूर्ण ज्ञान को मिलाकर, नैनोएलएसआई जैव अणुओं की प्रत्यक्ष इमेजिंग, विश्लेषण और हेरफेर के लिए "नैनोएंडोस्कोपी तकनीक" विकसित कर रहा है, ताकि रोग जैसी जीवन संबंधी घटनाओं को नियंत्रित करने वाले तंत्रों की जानकारी प्राप्त की जा सके।
जापान सागर के तट पर स्थित एक प्रमुख सामान्य शिक्षा विश्वविद्यालय के रूप में, कनाज़ावा विश्वविद्यालय ने 1949 में अपनी स्थापना के बाद से जापान में उच्च शिक्षा और अकादमिक अनुसंधान में महत्वपूर्ण योगदान दिया है। विश्वविद्यालय में तीन कॉलेज और 17 स्कूल हैं जो चिकित्सा, कंप्यूटर और मानविकी जैसे विषयों की पेशकश करते हैं।
यह विश्वविद्यालय जापान सागर के तट पर स्थित इतिहास और संस्कृति के लिए प्रसिद्ध शहर कनाज़ावा में स्थित है। सामंती काल (1598-1867) से ही कनाज़ावा को बौद्धिक क्षेत्र में एक प्रतिष्ठित स्थान प्राप्त है। कनाज़ावा विश्वविद्यालय दो मुख्य परिसरों, काकुमा और ताकारामची में विभाजित है और इसमें लगभग 10,200 छात्र हैं, जिनमें से 600 अंतर्राष्ट्रीय छात्र हैं।
मूल सामग्री देखें: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html