Технология визуализации дает возможность лучше понять каталитическое 2D-материаловедение

Технология визуализации дает возможность лучше понять каталитическое 2D-материаловедение

Сканирующий метод электрохимической визуализации клеток показывает, как наноразмерные структурные особенности влияют на каталитическую активность монослоев MoS 2 для реакций выделения водорода, сообщают исследователи в университете Канадзава в Angewandte Chemie International Edition.

[сканирующаяэлектроннаямикроскопия SECCM) позволяет получать изображения и проводить количественный анализ каталитически активных центров реакции выделения водорода (HER) в монослоях 1H MoS2.

Свойства двумерных дихалькогенидов переходных металлов вызывают большой интерес, и одной из причин является их каталитическая активность. В частности, необходимы лучшие катализаторы, чтобы использовать потенциал электролиза воды – расщепление воды на составляющие ее элементы – для обеспечения устойчивого накопления энергии.

«MoS 2 является одним из наиболее перспективных драгоценных катализаторов, не содержащих редких металлов, для реакции выделения водорода (HER)», – отмечают Ясуфуми Такахаши, Мингвей Чен, Томоказу Мацуэ и их коллеги из Канадзава. Университет и другие сотрудничающие учреждения в Японии, США и Великобритании в своем недавнем отчете Angewandte Chemie International Edition . В работе подчеркивается роль «сканирующей электрохимической микроскопии клеток» для разработки каталитических свойств этих 2D материалов.

Как указывают исследователи, сканирующая электрохимическая микроскопия уже доказала свою полезность в исследованиях каталитической активности монослоев MoS 2 которые были сосредоточены на влиянии деформации, а также на свойствах металла и полупроводника различных микроструктурных фаз MoS 2 на катализе HER. В этих исследованиях использовался микромасштабный электрод для исследования образца на предмет электрохимической активности как функции местоположения с высоким пространственным разрешением из-за микромасштабных размеров электрода.

В своих исследованиях сканирующей электрохимической микроскопии Такахаши, Чен, Мацуэ и коллеги используют нанопипетку в качестве локальной подвижной электрохимической ячейки для измерения электрохимической активности на поверхности вместо ультрамикроэлектрода. Они выделяют «воспроизводимый и надежный метод изготовления нанозондов вместе с быстрой электрохимической характеристикой благодаря малому емкостному току» как дополнительные преимущества этой формы метода характеризации.

Исследователи использовали нанопипетку с радиусом 20 нм для изучения треугольных монослоев MoS 2 с микроструктурной фазой 1H, а также гетероструктур MoS 2 и WS 2 . Каждая чешуйка имела длину стороны около 130 нм. Измерения выявили изменения каталитической активности в местах расположения краев, элементов террас и гетеропереходов между MoS 2 и WS 2 что согласуется с предложениями предыдущих докладов. Кроме того, старение образца оказало заметное влияние, особенно по краям.

Исследователи пришли к выводу, что их исследование демонстрирует, как можно оценить локальную активность HER каталитических образцов с помощью сканирующей электрохимической клеточной микроскопии. Они предполагают, что этот метод может стать «мощным инструментом» для разработки фазы и структуры двумерных образцов дихалькогенидов переходных металлов для применений в катализе.

Предпосылки

2D дихалькогениды переходных металлов

Изоляция графена и необычные свойства, выявленные в материале, вызвали большой интерес со стороны исследователей не только в графене, но и в целом ряде других материалов, где могут быть изолированы двумерные слои. К числу этих двухмерных материалов относятся дихалькогениды переходных металлов, где переходные металлы включают молибден (Мо) и вольфрам (W), а халькогены являются элементами VI группы, которые включают серу (S), селен (Se) и теллур (Te). Наряду с электрохимическим катализом для накопления энергии, эта группа материалов также привлекла внимание к высокотехнологичной электронике, спинтронике, оптоэлектронике, сбору энергии, гибкой электронике, секвенированию ДНК и персонализированной медицине.

Реакция выделения водорода

Использование водорода в качестве топлива включает сжигание его в кислороде для производства только воды и выделения большого количества энергии. Водородное топливо избегает использования ископаемого топлива и производства углекислого газа, и оно может обойти некоторые проблемы хранения энергии, связанные со многими альтернативными технологиями устойчивой энергетики, такими как солнечная и ветровая энергия. Электролиз воды с использованием тока с устойчивым источником обеспечивает экологически чистый способ производства водородного топлива. Хотя HER быстрее, чем реакция выделения кислорода, все еще существует большой интерес к увеличению скорости реакции. В результате, существует большой интерес к каталитической активности 2D дихалькогенидов переходных металлов на HER среди других реакций.

Ссылка

Ясуфуми Такахаши, Ю Кобаяси, Цзыцян Ван, Йошикадзу Ито, Масато Ота, Хироки Ида,

Акитика Куматани, Кейсуке Миядзава, Такеши Фудзита, Хитоси Шику, Юрий Е. Корчев,

Ясумицу Мията, Такеши Фукума, Мингвей Чен и Томоказу Мацуэ. Электрохимическое картирование реакции выделения водорода с высоким разрешением на нанолистах дихалькогенидов переходных металлов, Angewandte Chemie International Edition, опубликовано в Интернете как «Принятая статья» 28 ноября 2019.

DOI: 10.1002 / anie.201912863

URL: https://doi.org/10.1002/anie.201912863

Источник: http://www.kanazawa-u.ac.jp/e/

Source link