Kawanishi, Japan, 15 November 2022 /PRNewswire/ — Omgewingskwessies soos klimaatsverandering, die uitputting van natuurlike hulpbronne, die uitsterwing van spesies, plastiekbesoedeling en ontbossing vererger wêreldwyd weens 'n bevolkingsontploffing.
Koolstofdioksied (CO2) is 'n kweekhuisgas en een van die hoofredes vir klimaatsverandering. In hierdie verband kan 'n proses bekend as "kunsmatige fotosintese (CO2-fotoreduksie)" organiese grondstof vir brandstowwe en chemikalieë uit CO2, water en sonenergie produseer, net soos plante doen. Terselfdertyd verminder hulle ook CO2-vrystellings, aangesien CO2 as 'n grondstof vir die produksie van energie en chemiese hulpbronne gebruik word. Daarom word kunsmatige fotosintese as een van die nuutste groen tegnologieë beskou.
MOF's (Metaal Organiese Raamwerke) is ultraporeuse materiale wat bestaan ​​uit trosse anorganiese metale en organiese skakels. Hulle kan op molekulêre vlak in die nanometer-reeks beheer word en het 'n groot oppervlakarea. As gevolg van hierdie eienskappe kan MOF's toegepas word in gasberging, skeiding, metaaladsorpsie, katalise, geneesmiddelaflewering, waterbehandeling, sensors, elektrodes, filters, ens. Onlangs is gevind dat MOF's CO2-opvangvermoë het wat fotogereduseer kan word met CO2, dit wil sê kunsmatige fotosintese.
Kwantumkolle, aan die ander kant, is ultradun materiale (0.5–9 nm) waarvan die optiese eienskappe ooreenstem met die reëls van kwantumchemie en kwantummeganika. Hulle word "kunsmatige atome of kunsmatige molekules" genoem omdat elke kwantumkolletjie uit slegs 'n paar of 'n paar duisend 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 kwantumkolle. Hierdie kwantumkolle 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 gesintetiseer onder die Green Science Alliance. Voorheen het hulle suksesvol MOF-kwantumkolletjie-saamgestelde materiale gebruik om miersuur 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. Aangesien hierdie prosesse nie deurlopend is nie, is dit dus moeilik om hulle vir praktiese industriële gebruik toe te pas.
In reaksie hierop het mnr. Tetsuro Kajino, mnr. Hirohisa Iwabayashi, en dr. Ryohei Mori van Green Science Alliance Co., Ltd. hul tegnologie gebruik om hierdie spesiale kunsmatige fotosintese-katalisators op goedkoop tekstielvelle te immobiliseer en 'n nuwe proses vir die produksie van mieresuur ontwikkel, wat aaneenlopend in praktiese industriële toepassings kan werk. Na die voltooiing van die kunsmatige fotosintese-reaksie, kan die water wat mieresuur bevat, vir ekstraksie uitgehaal word, en nuwe vars water kan terug in die houer gevoeg word om kunsmatige fotosintese voortdurend te hervat.
Mieresuur kan waterstofbrandstof vervang. Een van die hoofredes wat die verspreiding van 'n waterstofgemeenskap regoor die wêreld verhoed, is dat waterstof die kleinste atoom in die heelal is, dus is dit moeilik om dit te stoor, en die produksie van 'n waterstoftenk met 'n hoë verseëlingseffek sal baie duur wees. Boonop kan waterstofgas plofbaar wees en 'n veiligheidsgevaar inhou. Aangesien mieresuur 'n vloeistof is, is dit makliker om as brandstof te stoor. Indien nodig, kan mieresuur gebruik word om die produksie van waterstof in situ te kataliseer. Boonop kan mieresuur as 'n grondstof vir verskeie chemikalieë gebruik word.
Alhoewel die doeltreffendheid van kunsmatige fotosintese steeds laag is, sal die Green Science Alliance voortgaan om te veg vir doeltreffendheidsverbeterings om praktiese toepassings vir kunsmatige fotosintese te vestig.