KAWANISH, Japan, 15. novembar 2022. /PRNewswire/ — Ekološki problemi poput klimatskih promjena, iscrpljivanja resursa, izumiranja vrsta, zagađenja plastikom i krčenja šuma uzrokovanih naglim porastom svjetske populacije postaju sve hitniji.
Ugljikov dioksid (CO2) je staklenički plin i jedan od glavnih uzroka klimatskih promjena. U tom smislu, proces nazvan "umjetna fotosinteza (fotoredukcija ugljikovog dioksida)" može proizvesti organske sirovine za gorivo i hemikalije iz ugljikovog dioksida, vode i solarne energije, kao što to rade biljke. Istovremeno, smanjuju emisije CO2, koji se koristi kao sirovina za proizvodnju energije i hemikalija. Stoga je umjetna fotosinteza poznata kao jedna od najnaprednijih zelenih tehnologija.
MOF-ovi (metal-organski okviri) su superporozni materijali sastavljeni od klastera neorganskih metala i organskih linkera. Mogu se kontrolirati na molekularnom nivou u nano rasponu s velikom površinom. Zbog ovih svojstava, MOF-ovi se mogu primjenjivati ​​u skladištenju plinova, odvajanju, adsorpciji metala, katalizi, isporuci lijekova, tretmanu vode, senzorima, elektrodama, filterima itd. Nedavno je otkriveno da MOF-ovi imaju sposobnost hvatanja CO2, koji se može koristiti za proizvodnju organskih supstanci putem fotoredukcije CO2, poznate i kao vještačka fotosinteza.
S druge strane, kvantne tačke su ultra-sitni materijali (0,5–9 nanometara) s optičkim svojstvima koja se poštuju pravila kvantne hemije i kvantne mehanike. Nazivaju se "umjetni atomi ili umjetne molekule" jer se svaka kvantna tačka sastoji od samo nekoliko do hiljada atoma ili molekula. U ovom rasponu veličina, energetski nivoi elektrona više nisu kontinuirani i postaju razdvojeni zbog fizičkog fenomena poznatog kao efekat kvantnog ograničenja. U ovom slučaju, talasna dužina emitovane svjetlosti zavisiće od veličine kvantne tačke. Ove kvantne tačke se također mogu primijeniti u umjetnoj fotosintezi zbog svog visokog kapaciteta apsorpcije svjetlosti, sposobnosti generiranja višestrukih ekscitona i velike površine.
I MOF-ove i kvantne tačke sintetizirala je organizacija Green Science Alliance. Ranije su uspješno koristili kompozite MOF-kvantnih tačaka za proizvodnju mravlje kiseline kao posebnog katalizatora za vještačku fotosintezu. Međutim, ovi katalizatori su u obliku praha i ovi katalitički prahovi moraju se sakupljati filtracijom u svakom procesu. Stoga je teško primijeniti ih u stvarnoj industrijskoj upotrebi jer ovi procesi nisu kontinuirani.
Kao odgovor na to, gospodin Kajino Tetsuro, gospodin Iwabayashi Hirohisa i dr. Mori Ryohei iz kompanije Green Science Alliance Co., Ltd. koristili su svoju tehnologiju za imobilizaciju ovih posebnih vještačkih katalizatora fotosinteze na jeftinoj tekstilnoj tkanini i otvorili novo postrojenje za proizvodnju mravlje kiseline. Proces se može kontinuirano odvijati za praktične industrijske primjene. Nakon završetka reakcije vještačke fotosinteze, voda koja sadrži mravlju kiselinu može se izvaditi i ekstrahirati, a zatim se u posudu može dodati nova svježa voda kako bi se nastavio nastavak vještačke fotosinteze.
Mravlja kiselina može zamijeniti vodikovo gorivo. Jedan od glavnih razloga koji sprječava svjetsko usvajanje društva zasnovanog na vodiku je taj što je vodik, najmanji atom u svemiru, teško skladištiti, a bilo bi vrlo skupo izgraditi dobro zatvoren rezervoar vodika. Osim toga, vodikov plin može biti eksplozivan i predstavljati sigurnosnu opasnost. Mnogo je lakše skladištiti mravlju kiselinu kao gorivo jer je tečna. Ako je potrebno, mravlja kiselina može katalizirati reakciju za proizvodnju vodika in situ. Osim toga, mravlja kiselina se može koristiti kao sirovina za razne hemikalije.
Čak i ako je efikasnost vještačke fotosinteze trenutno još uvijek vrlo niska, Savez za zelenu nauku će nastaviti da se bori za povećanje efikasnosti i uvođenje istinski primijenjene vještačke fotosinteze.