कानाझावा, जपान, ८ जून, २०२३ /पीआरन्यूजवायर/ — कानाझावा विद्यापीठाच्या संशोधकांनी अहवाल दिला आहे की, कार्बन डायऑक्साइडच्या रासायनिक क्षपणाला गती देण्यासाठी टिन डायसल्फाइडच्या अति-पातळ थराचा वापर कसा केला जाऊ शकतो, जेणेकरून कार्बन-न्यूट्रल समाज निर्माण होईल.
शाश्वत, कार्बन-तटस्थ समाजाच्या मानवाच्या तातडीच्या शोधात, औद्योगिक प्रक्रियांमधून उत्सर्जित होणाऱ्या कार्बन डायऑक्साइडचे (CO2) पुनर्चक्रीकरण करणे ही एक गरज आहे. याच कारणास्तव, CO2 चे इतर कमी हानिकारक रासायनिक उत्पादनांमध्ये कार्यक्षमतेने रूपांतर करू शकणाऱ्या इलेक्ट्रोकॅटॅलिस्टचा (विद्युत उत्प्रेरक) सध्या मोठ्या प्रमाणावर अभ्यास केला जात आहे. द्विमितीय (2D) मेटल डायकॅल्कोजेनाइड्स म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या पदार्थांचा एक वर्ग CO2 रूपांतरणासाठी इलेक्ट्रोकॅटॅलिस्ट म्हणून उमेदवार आहे, परंतु हे पदार्थ अनेकदा स्पर्धात्मक अभिक्रियांना देखील प्रोत्साहन देतात, ज्यामुळे त्यांची कार्यक्षमता कमी होते. कानाझावा विद्यापीठाच्या नॅनोबायोलॉजी सायन्स इन्स्टिट्यूट (WPI-NanoLSI) येथील यासुफुमी ताकाहाशी आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी एका अशा द्विमितीय मेटल डायकॅल्कोजेनाइडची ओळख पटवली आहे, जो केवळ नैसर्गिकच नव्हे, तर रासायनिक संश्लेषणाच्या मध्यवर्ती उत्पादनापर्यंत CO2 चे प्रभावीपणे रूपांतर फॉर्मिक ॲसिडमध्ये करू शकतो.
ताकाहाशी आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी द्विमितीय डायसल्फाइड (MoS2) आणि टिन डायसल्फाइड (SnS2) यांच्या उत्प्रेरक क्रियाशीलतेची तुलना केली. हे दोन्ही द्विमितीय मेटल डायकॅल्कोजेनाइड्स आहेत, त्यापैकी SnS2 विशेष महत्त्वाचा आहे कारण शुद्ध टिन हा फॉर्मिक ॲसिडच्या उत्पादनासाठी उत्प्रेरक म्हणून ओळखला जातो. या संयुगांच्या इलेक्ट्रोकेमिकल चाचणीतून असे दिसून आले की, CO2 रूपांतरणाऐवजी MoS2 वापरून हायड्रोजन उत्सर्जन अभिक्रिया (HER) वेगवान होते. HER म्हणजे हायड्रोजन निर्माण करणारी अभिक्रिया, जी हायड्रोजन इंधन तयार करण्याच्या उद्देशाने उपयुक्त ठरते, परंतु CO2 क्षपणाच्या बाबतीत, ही एक अवांछित स्पर्धात्मक प्रक्रिया आहे. याउलट, SnS2 ने चांगली CO2 क्षपण क्रियाशीलता दर्शवली आणि HER ला रोखले. संशोधकांनी SnS2 च्या मोठ्या प्रमाणातील पावडरचे इलेक्ट्रोकेमिकल मापन देखील केले आणि त्यांना आढळले की CO2 च्या उत्प्रेरक क्षपणामध्ये ती कमी सक्रिय होती.
SnS2 मध्ये उत्प्रेरक दृष्ट्या सक्रिय जागा कोठे आहेत आणि एक द्विमितीय (2D) पदार्थ स्थूल संयुगापेक्षा (bulk compound) अधिक चांगली कामगिरी का करतो, हे समजून घेण्यासाठी शास्त्रज्ञांनी स्कॅनिंग सेल इलेक्ट्रोकेमिकल मायक्रोस्कोपी (SECCM) नावाचे तंत्र वापरले. SECCM चा उपयोग नॅनोपिपेट म्हणून केला जातो, जो नमुन्यांवरील पृष्ठभागावरील अभिक्रियांना संवेदनशील असलेल्या प्रोब्ससाठी एक नॅनोस्केल मेनिस्कस-आकाराचा इलेक्ट्रोकेमिकल सेल तयार करतो. मोजमापांवरून असे दिसून आले की, SnS2 शीटचा संपूर्ण पृष्ठभाग उत्प्रेरक दृष्ट्या सक्रिय होता, केवळ संरचनेतील "प्लॅटफॉर्म" किंवा "कडा" असलेले घटकच नव्हे. यामुळेच स्थूल SnS2 च्या तुलनेत द्विमितीय (2D) SnS2 मध्ये अधिक क्रियाशीलता का असते, हे देखील स्पष्ट होते.
गणनांमुळे घडणाऱ्या रासायनिक अभिक्रियांबद्दल अधिक सखोल माहिती मिळते. विशेषतः, जेव्हा 2D SnS2 उत्प्रेरक म्हणून वापरला जातो, तेव्हा फॉर्मिक ॲसिडची निर्मिती हा एक ऊर्जादृष्ट्या अनुकूल अभिक्रिया मार्ग असल्याचे ओळखले गेले आहे.
ताकाहाशी आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांचे निष्कर्ष हे इलेक्ट्रोकेमिकल CO2 रिडक्शन ॲप्लिकेशन्समध्ये द्विमितीय इलेक्ट्रोकॅटॅलिस्टच्या वापराच्या दिशेने एक महत्त्वाचे पाऊल आहे. शास्त्रज्ञांच्या मते: “हे परिणाम, कोणत्याही दुष्परिणामांशिवाय हायड्रोकार्बन्स, अल्कोहोल, फॅटी ॲसिड्स आणि अल्केन्स तयार करण्यासाठी कार्बन डायऑक्साइडच्या इलेक्ट्रोकेमिकल रिडक्शनकरिता, द्विमितीय मेटल डायकॅल्कोजेनाइड इलेक्ट्रोकॅटॅलिसिस स्ट्रॅटेजी अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी आणि विकसित करण्यासाठी मदत करतील.”
मेटल डायकॅल्कोजेनाइड्सचे द्विमितीय (2D) थर (किंवा मोनोलेयर्स) हे MX2 प्रकारचे पदार्थ आहेत, जिथे M हा मॉलिब्डेनम (Mo) किंवा टिन (Sn) सारखा धातूचा अणू असतो आणि X हा सल्फर (C) सारखा कॅल्कोजेन अणू असतो. ही रचना M अणूंच्या थरावर X अणूंचा थर आणि M अणूंचा थर स्वतः X अणूंच्या थरावर स्थित असतो, अशा प्रकारे व्यक्त केली जाऊ शकते. द्विमितीय मेटल डायकॅल्कोजेनाइड्स हे तथाकथित द्विमितीय पदार्थांच्या (ज्यात ग्राफीनचाही समावेश आहे) वर्गातील आहेत, म्हणजेच ते पातळ असतात. द्विमितीय पदार्थांचे भौतिक गुणधर्म अनेकदा त्यांच्या स्थूल (3D) समकक्षांपेक्षा वेगळे असतात.
हायड्रोजन निर्माण करणाऱ्या रासायनिक प्रक्रिया, म्हणजेच हायड्रोजन उत्सर्जन अभिक्रियेमध्ये (HER), द्विमितीय धातू डायकॅल्कोजेनाइड्सच्या विद्युत-उत्प्रेरक क्रियाशीलतेचा अभ्यास करण्यात आला आहे. परंतु आता, कानाझावा विद्यापीठातील यासुफुमी ताकाहाशी आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी असे शोधून काढले आहे की, द्विमितीय धातू डायकॅल्कोजेनाइड SnS2 ही HER उत्प्रेरक क्रियाशीलता दर्शवत नाही; या संशोधनाच्या धोरणात्मक संदर्भात हा एक अत्यंत महत्त्वाचा गुणधर्म आहे.
युसुके कावाबे, योशिकाझू इतो, युता होरी, सुरेश कुकुनुरी, फुमिया शिओकावा, तोमोहिको निशिउची, सॅम्युअल चोन, कोसुके काटागिरी, झेयू शी, चिकाई ली, यासुतेरू शिगेता आणि यासुफुमी ताकाहाशी. CO2, ACS XX, XXX–XXX (2023) च्या इलेक्ट्रोकेमिकल हस्तांतरणासाठी प्लेट 1T/1H-SnS2.
शीर्षक: CO2 उत्सर्जन कमी करण्यासाठी SnS2 शीट्सच्या उत्प्रेरक क्रियाशीलतेचा अभ्यास करण्याकरिता पेशींच्या इलेक्ट्रोकेमिकल मायक्रोस्कोपीवरील स्कॅनिंग प्रयोग.
कानाझावा विद्यापीठाच्या नॅनोबायोलॉजिकल इन्स्टिट्यूटची (नॅनोएलएसआय) स्थापना २०१७ मध्ये, जगातील अग्रगण्य आंतरराष्ट्रीय संशोधन केंद्र असलेल्या MEXT च्या कार्यक्रमाचा भाग म्हणून करण्यात आली. जागतिक दर्जाचे संशोधन केंद्र तयार करणे हे या कार्यक्रमाचे उद्दिष्ट आहे. जैविक स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपीमधील सर्वात महत्त्वाच्या ज्ञानाचा उपयोग करून, नॅनोएलएसआय रोगासारख्या जीवन घटनांवर नियंत्रण ठेवणाऱ्या यंत्रणांची सखोल माहिती मिळवण्यासाठी, जैवरेणूंचे थेट प्रतिमांकन, विश्लेषण आणि हाताळणी करण्याकरिता “नॅनोएंडोस्कोपी तंत्रज्ञान” स्थापित करते.
जपानच्या समुद्राच्या किनाऱ्यावरील एक अग्रगण्य सामान्य शिक्षण विद्यापीठ म्हणून, कानाझावा विद्यापीठाने १९४९ मध्ये स्थापनेपासून जपानमधील उच्च शिक्षण आणि शैक्षणिक संशोधनात मोठे योगदान दिले आहे. या विद्यापीठात तीन महाविद्यालये आणि १७ शाळा असून, त्यांमध्ये वैद्यकशास्त्र, संगणकशास्त्र आणि मानव्यशास्त्र यांसारख्या विषयांचे शिक्षण दिले जाते.
हे विद्यापीठ जपानच्या समुद्राच्या किनाऱ्यावर वसलेल्या, इतिहास आणि संस्कृतीसाठी प्रसिद्ध असलेल्या कानाझावा शहरात आहे. सामंतशाही काळापासून (१५९८-१८६७), कानाझावाला एक प्रतिष्ठित बौद्धिक प्रतिष्ठा लाभली आहे. कानाझावा विद्यापीठ काकुमा आणि ताकारामाची या दोन मुख्य कॅम्पसमध्ये विभागलेले असून, येथे सुमारे १०,२०० विद्यार्थी आहेत, त्यापैकी ६०० आंतरराष्ट्रीय विद्यार्थी आहेत.
मूळ मजकूर पहा: https://www.prnewswire.com/news-releases/kanazawa-university-research-enhancing-carbon-dioxide-reduction-301846809.html