Каваниши, Јапонија, 15 ноември 2022 година /PRNewswire/ — Еколошките проблеми како што се климатските промени, осиромашувањето на природните ресурси, истребувањето на видовите, загадувањето со пластика и уништувањето на шумите се влошуваат низ целиот свет поради експлозијата на населението.
Јаглерод диоксидот (CO2) е стакленички гас и една од главните причини за климатските промени. Во овој поглед, процес познат како „вештачка фотосинтеза (фоторедукција на CO2)“ може да произведе органски суровини за горива и хемикалии од CO2, вода и сончева енергија, исто како што прават растенијата. Во исто време, тие исто така ги намалуваат емисиите на CO2, бидејќи CO2 се користи како суровина за производство на енергија и хемиски ресурси. Затоа, вештачката фотосинтеза се смета за една од најновите зелени технологии.
MOF (Метални органски рамки) се ултрапорозни материјали составени од кластери на неоргански метали и органски линкери. Тие можат да се контролираат на молекуларно ниво во нанометарскиот опсег и имаат голема површина. Поради овие својства, MOF можат да се применат во складирање на гас, сепарација, адсорпција на метали, катализа, испорака на лекови, третман на вода, сензори, електроди, филтри итн. Неодамна е откриено дека MOF имаат способност за заробување на CO2 што може да биде фоторедуциран CO2, односно вештачка фотосинтеза.
Квантните точки, од друга страна, се ултратенки материјали (0,5–9 nm) чии оптички својства се во согласност со правилата на квантната хемија и квантната механика. Тие се нарекуваат „вештачки атоми или вештачки молекули“ бидејќи секоја квантна точка се состои само од неколку или неколку илјади атоми или молекули. Во овој опсег на големина, енергетските нивоа на електроните повеќе не се континуирани и се одделуваат поради физички феномен познат како ефект на квантно ограничување. Во овој случај, брановата должина на емитираната светлина ќе зависи од големината на квантните точки. Овие квантни точки можат да се применат и во вештачката фотосинтеза поради нивниот висок капацитет за апсорпција на светлина, способноста да генерираат повеќекратни екситони и големата површина.
И MOF и квантни точки се синтетизирани во рамките на Алијансата за зелена наука. Претходно, тие успешно користеа MOF композитни материјали со квантни точки за производство на мравја киселина како специјален катализатор за вештачка фотосинтеза. Сепак, овие катализатори се во форма на прав и овие катализаторски прашоци мора да се собираат со филтрација во секој процес. Затоа, бидејќи овие процеси не се континуирани, тешко е да се применат за практична индустриска употреба.
Како одговор, г-дин Тецуро Каџино, г-дин Хирохиса Ивабајаши и д-р Рјохеи Мори од „Грин Сајанс Алијанс Ко.“, Лтд. ја користеа својата технологија за да ги имобилизираат овие специјални катализатори на вештачка фотосинтеза на ефтини текстилни листови и развија нов процес за производство на мравја киселина кој може да работи континуирано во практични индустриски апликации. По завршувањето на реакцијата на вештачка фотосинтеза, водата што содржи мравја киселина може да се извади за екстракција, а нова свежа вода може да се додаде назад во садот за континуирано да се продолжи со вештачката фотосинтеза.
Мравјата киселина може да го замени водородното гориво. Една од главните причини што го спречуваат ширењето на водородното општество низ целиот свет е тоа што водородот е најмалиот атом во универзумот, па затоа е тешко да се складира, а производството на резервоар за водород со висок ефект на запечатување ќе биде многу скапо. Покрај тоа, водородниот гас може да биде експлозивен и да претставува опасност по безбедноста. Бидејќи мравјата киселина е течност, полесно е да се складира како гориво. Доколку е потребно, мравјата киселина може да се користи за катализирање на производството на водород in situ. Покрај тоа, мравјата киселина може да се користи како суровина за разни хемикалии.
Иако ефикасноста на вештачката фотосинтеза е сè уште ниска, Алијансата за зелена наука ќе продолжи да се бори за подобрување на ефикасноста со цел да се воспостават практични апликации за вештачка фотосинтеза.