КАВАНИШ, Јапан, 15. новембар 2022. /PRNewswire/ — Еколошки проблеми попут климатских промена, исцрпљивања ресурса, изумирања врста, загађења пластиком и крчења шума узрокованих порастом светске популације постају све хитнији.
Угљен-диоксид (CO2) је гас стаклене баште и један од главних узрока климатских промена. У том смислу, процес назван „вештачка фотосинтеза (фоторедукција угљен-диоксида)“ може произвести органске сировине за гориво и хемикалије из угљен-диоксида, воде и соларне енергије, као што то раде биљке. Истовремено, смањују емисију CO2, који се користи као сировина за производњу енергије и хемикалија. Стога је вештачка фотосинтеза позната као једна од најнапреднијих зелених технологија.
МОФ (метал-органски оквири) су суперпорозни материјали састављени од кластера неорганских метала и органских линкера. Могу се контролисати на молекуларном нивоу у нано опсегу са великом површином. Због ових својстава, МОФ се могу применити у складиштењу гасова, сепарацији, адсорпцији метала, катализи, испоруци лекова, третману воде, сензорима, електродама, филтерима итд. Недавно је откривено да МОФ имају способност хватања CO2, који се може користити за производњу органских супстанци путем фоторедукције CO2, познате и као вештачка фотосинтеза.
Квантне тачке, с друге стране, су ултра-сићушни материјали (0,5–9 нанометара) са оптичким својствима која поштују правила квантне хемије и квантне механике. Називају се „вештачки атоми или вештачки молекули“ јер се свака квантна тачка састоји од само неколико до хиљада атома или молекула. ​​У овом опсегу величина, енергетски нивои електрона више нису континуирани и постају раздвојени због физичког феномена познатог као ефекат квантног ограничења. У овом случају, таласна дужина емитоване светлости зависиће од величине квантне тачке. Ове квантне тачке се такође могу применити у вештачкој фотосинтези због свог високог капацитета апсорпције светлости, способности генерисања вишеструких екситона и велике површине.
И MOF-ове и квантне тачке је синтетизовала организација Green Science Alliance. Раније су успешно користили MOF-квантне тачкасте композите за производњу мравље киселине као посебног катализатора за вештачку фотосинтезу. Међутим, ови катализатори су у облику праха и ови прахови катализатора морају се сакупљати филтрацијом у сваком процесу. Стога је тешко применити их у стварној индустријској употреби јер ови процеси нису континуирани.
Као одговор на то, господин Кајино Тецуро, господин Ивабајаши Хирохиса и др Мори Рјохеи из компаније Green Science Alliance Co., Ltd. користили су своју технологију да имобилишу ове посебне вештачке катализаторе фотосинтезе на јефтиној текстилној тканини и отворили ново постројење за производњу мравље киселине. Процес се може континуирано одвијати за практичне индустријске примене. Након завршетка реакције вештачке фотосинтезе, вода која садржи мрављу киселину може се извадити и екстраховати, а затим се у посуду може додати нова свежа вода како би се наставило настављање вештачке фотосинтезе.
Мравља киселина може заменити водонично гориво. Један од главних разлога који спречава усвајање друштва заснованог на водонику широм света је тај што је водоник, најмањи атом у универзуму, тешко складиштити, а било би веома скупо изградити добро затворен резервоар водоника. Поред тога, водоник у облику гаса може бити експлозиван и представљати опасност по безбедност. Много је лакше складиштити мравље киселине као гориво јер су течне. Ако је потребно, мравља киселина може катализовати реакцију за производњу водоника in situ. Поред тога, мравља киселина се може користити као сировина за разне хемикалије.
Чак и ако је ефикасност вештачке фотосинтезе тренутно још увек веома ниска, Алијанса за зелену науку ће наставити да се бори за повећање ефикасности и увођење истински примењене вештачке фотосинтезе.