Каваниши, Јапан, 15. новембар 2022. /PRNewswire/ — Еколошки проблеми попут климатских промена, исцрпљивања природних ресурса, изумирања врста, загађења пластиком и крчења шума погоршавају се широм света због популационе експлозије.
Угљен-диоксид (CO2) је гас стаклене баште и један од главних узрока климатских промена. У том смислу, процес познат као „вештачка фотосинтеза (фоторедукција CO2)“ може произвести органску сировину за горива и хемикалије из CO2, воде и соларне енергије, баш као што то раде биљке. Истовремено, они такође смањују емисију CO2, пошто се CO2 користи као сировина за производњу енергије и хемијских ресурса. Стога се вештачка фотосинтеза сматра једном од најновијих зелених технологија.
МОФ (Метални органски оквири) су ултрапорозни материјали састављени од кластера неорганских метала и органских линкера. Могу се контролисати на молекуларном нивоу у нанометарском опсегу и имају велику површину. Због ових својстава, МОФ се могу применити у складиштењу гасова, раздвајању, адсорпцији метала, катализи, испоруци лекова, третману воде, сензорима, електродама, филтерима итд. Недавно је откривено да МОФ имају способност хватања CO2 који се може фоторедуковати, односно вештачкој фотосинтези.
Квантне тачке, с друге стране, су ултратанки материјали (0,5–9 nm) чија оптичка својства одговарају правилима квантне хемије и квантне механике. Називају се „вештачки атоми или вештачки молекули“ јер се свака квантна тачка састоји од само неколико или неколико 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 квантних тачака. Ове квантне тачке се такође могу применити у вештачкој фотосинтези због њиховог високог капацитета апсорпције светлости, способности генерисања вишеструких екситона и велике површине.
И MOF-ови и квантне тачке су синтетизовани у оквиру организације Green Science Alliance. Раније су успешно користили композитне материјале са MOF квантним тачкама 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, пошто ови процеси нису континуирани, тешко их је применити за практичну индустријску употребу.
Као одговор на то, господин Тецуро Кајино, господин Хирохиса Ивабајаши и др Рјохеи Мори из компаније Green Science Alliance Co., Ltd. користили су своју технологију да имобилишу ове посебне вештачке катализаторе фотосинтезе на јефтиним текстилним фолијама и развили нови процес за производњу мравље киселине, који може континуирано да ради у практичним индустријским применама. Након завршетка реакције вештачке фотосинтезе, вода која садржи мрављу киселину може се извадити ради екстракције, а нова свежа вода може се вратити у посуду како би се континуирано наставила вештачка фотосинтеза.
Мравља киселина може заменити водонично гориво. Један од главних разлога који спречава ширење водоничног друштва широм света је тај што је водоник најмањи атом у универзуму, па га је тешко складиштити, а производња резервоара за водоник са високим ефектом заптивања биће веома скупа. Поред тога, водоник у облику гаса може бити експлозиван и представљати опасност по безбедност. Пошто је мравља киселина течност, лакше се складишти као гориво. Ако је потребно, мравља киселина се може користити за катализацију производње водоника in situ. Поред тога, мравља киселина се може користити као сировина за разне хемикалије.
Иако је ефикасност вештачке фотосинтезе и даље ниска, Алијанса за зелену науку ће наставити да се бори за побољшање ефикасности како би се успоставиле практичне примене вештачке фотосинтезе.