KAWANISH, Japan, 15 November 2022 /PRNewswire/ — Omgewingskwessies soos klimaatsverandering, hulpbronuitputting, spesie-uitsterwing, plastiekbesoedeling en ontbossing wat veroorsaak word deur die wêreldbevolkingsgroei, word al hoe dringender.
Koolstofdioksied (CO2) is 'n kweekhuisgas en een van die hoofredes vir klimaatsverandering. In hierdie verband kan 'n proses genaamd "kunsmatige fotosintese (fotoreduksie van koolstofdioksied)" organiese grondstowwe vir brandstof en chemikalieë uit koolstofdioksied, water en sonenergie produseer, soos plante doen. Terselfdertyd verminder hulle CO2-uitlatings, wat as grondstof vir energie- en chemiese produksie gebruik word. Daarom staan ​​kunsmatige fotosintese bekend as een van die mees gevorderde groen tegnologieë.
MOF's (metaal-organiese raamwerke) is superporeuse materiale wat saamgestel is uit trosse anorganiese metale en organiese skakels. Hulle kan op molekulêre vlak in die nano-reeks beheer word met 'n groot oppervlakarea. As gevolg van hierdie eienskappe kan MOF's toegepas word in gasberging, skeiding, metaaladsorpsie, katalise, geneesmiddelaflewering, waterbehandeling, sensors, elektrodes, filters, ens. Daar is onlangs gevind dat MOF's die vermoë het om CO2 vas te vang, wat gebruik kan word om organiese stowwe te produseer deur CO2-fotoreduksie, ook bekend as kunsmatige fotosintese.
Kwantumkolle, aan die ander kant, is ultraklein materiale (0.5–9 nanometer) met optiese eienskappe wat die reëls van kwantumchemie en kwantummeganika gehoorsaam. Hulle word "kunsmatige atome of kunsmatige molekules" genoem omdat elke kwantumkolletjie uit slegs 'n paar tot duisende atome of molekules bestaan. In hierdie groottebereik is die energievlakke van die elektrone nie meer kontinu nie en word hulle geskei as gevolg van 'n fisiese verskynsel bekend as die kwantumbeperkingseffek. In hierdie geval sal die golflengte van die uitgestraalde lig afhang van die grootte van die kwantumkolletjie. Hierdie kwantumkolletjies kan ook in kunsmatige fotosintese toegepas word as gevolg van hul hoë ligabsorpsiekapasiteit, vermoë om veelvuldige eksiton te genereer en groot oppervlakarea.
Beide MOF's en kwantumkolle is deur die Green Science Alliance gesintetiseer. Voorheen het hulle MOF-kwantumkolletjie-komposiete suksesvol gebruik om mieresuur as 'n spesiale katalisator vir kunsmatige fotosintese te produseer. Hierdie katalisators is egter in poeiervorm en hierdie katalisatorpoeiers moet deur filtrasie in elke proses versamel word. Daarom is dit moeilik om dit op werklike industriële gebruik toe te pas, want hierdie prosesse is nie deurlopend nie.
In reaksie hierop het mnr. Kajino Tetsuro, mnr. Iwabayashi Hirohisa, en dr. Mori Ryohei van Green Science Alliance Co., Ltd. hul tegnologie gebruik om hierdie spesiale kunsmatige fotosintese-katalisators op 'n goedkoop tekstielstof te immobiliseer en 'n nuwe mieresuuraanleg geopen. Die proses kan aaneenlopend vir praktiese industriële toepassings uitgevoer word. Na die voltooiing van die kunsmatige fotosintese-reaksie, kan die water wat mieresuur bevat, uitgehaal en onttrek word, en dan kan nuwe vars water by die houer gevoeg word om die hervatting van kunsmatige fotosintese voort te sit.
Mieresuur kan waterstofbrandstof vervang. Een van die hoofredes wat die wêreldwye aanvaarding van 'n waterstofgebaseerde samelewing terughou, is dat waterstof, die kleinste atoom in die heelal, moeilik is om te stoor, en dit sou baie duur wees om 'n goed verseëlde reservoir van waterstof te bou. Boonop kan waterstofgas plofbaar wees en 'n veiligheidsgevaar inhou. Dit is baie makliker om mieresure as brandstof te stoor omdat hulle vloeibaar is. Indien nodig, kan mieresuur die reaksie kataliseer om waterstof in situ te produseer. Boonop kan mieresuur as 'n grondstof vir verskeie chemikalieë gebruik word.
Selfs al is die doeltreffendheid van kunsmatige fotosintese tans steeds baie laag, sal die Green Science Alliance voortgaan om doeltreffendheid te verhoog en werklik toegepaste kunsmatige fotosintese in te voer.