KAWANISH, Japan, 15. studenog 2022. /PRNewswire/ — Ekološki problemi poput klimatskih promjena, iscrpljivanja resursa, izumiranja vrsta, onečišćenja 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 kemikalije iz ugljikovog dioksida, vode i sunčeve energije, kao što to čine biljke. Istovremeno, smanjuju emisije CO2, koji se koristi kao sirovina za proizvodnju energije i kemikalija. Stoga je umjetna fotosinteza poznata kao jedna od najnaprednijih zelenih tehnologija.
MOF-ovi (metalno-organski okviri) su superporozni materijali sastavljeni od klastera anorganskih metala i organskih poveznica. Mogu se kontrolirati na molekularnoj razini u nano rasponu s velikom površinom. Zbog tih svojstava, MOF-ovi se mogu primjenjivati ​​u skladištenju plinova, odvajanju, adsorpciji metala, katalizi, isporuci lijekova, obradi vode, senzorima, elektrodama, filterima itd. Nedavno je otkriveno da MOF-ovi imaju sposobnost hvatanja CO2, što se može koristiti za proizvodnju organskih tvari putem fotoredukcije CO2, poznate i kao umjetna fotosinteza.
Kvantne točke, s druge strane, ultra-sitni su materijali (0,5–9 nanometara) s optičkim svojstvima koja se pokoravaju pravilima kvantne kemije i kvantne mehanike. Nazivaju se „umjetni atomi ili umjetne molekule“ jer se svaka kvantna točka sastoji od samo nekoliko do tisuća atoma ili molekula. U ovom rasponu veličina, energetske razine elektrona više nisu kontinuirane i postaju razdvojene zbog fizičkog fenomena poznatog kao efekt kvantnog ograničenja. U ovom slučaju, valna duljina emitirane svjetlosti ovisit će o veličini kvantne točke. Ove kvantne točke mogu se primijeniti i u umjetnoj fotosintezi zbog svog visokog kapaciteta apsorpcije svjetlosti, sposobnosti generiranja višestrukih ekscitona i velike površine.
I MOF-ove i kvantne točke sintetizirala je organizacija Green Science Alliance. Prethodno su uspješno koristili kompozite MOF-kvantnih točaka za proizvodnju mravlje kiseline kao posebnog katalizatora za umjetnu fotosintezu. Međutim, ovi katalizatori su u obliku praha i ti se katalitički prahovi moraju skupljati filtracijom u svakom procesu. Stoga ih je teško primijeniti u stvarnoj industrijskoj upotrebi jer ti procesi nisu kontinuirani.
Kao odgovor na to, g. Kajino Tetsuro, g. Iwabayashi Hirohisa i dr. Mori Ryohei iz tvrtke Green Science Alliance Co., Ltd. upotrijebili su svoju tehnologiju za imobilizaciju ovih posebnih umjetnih katalizatora fotosinteze na jeftinoj tekstilnoj tkanini i otvorili novi pogon za proizvodnju mravlje kiseline. Proces se može kontinuirano odvijati za praktične industrijske primjene. Nakon završetka reakcije umjetne fotosinteze, voda koja sadrži mravlju kiselinu može se izvaditi i ekstrahirati, a zatim se u spremnik može dodati nova svježa voda kako bi se nastavio nastavak umjetne fotosinteze.
Mravlja kiselina može zamijeniti vodikovo gorivo. Jedan od glavnih razloga koji sprječava svjetsko usvajanje društva temeljenog na vodiku jest taj što je vodik, najmanji atom u svemiru, teško skladištiti, a izgradnja dobro zatvorenog spremnika vodika bila bi vrlo skupa. Osim toga, vodikov plin može biti eksplozivan i predstavljati sigurnosnu opasnost. Mravlju kiselinu je puno lakše skladištiti kao gorivo jer je tekuća. Ako je potrebno, mravlja kiselina može katalizirati reakciju za proizvodnju vodika in situ. Osim toga, mravlja kiselina može se koristiti kao sirovina za razne kemikalije.
Čak i ako je učinkovitost umjetne fotosinteze trenutno još uvijek vrlo niska, Savez za zelenu znanost nastavit će se boriti za povećanje učinkovitosti i uvođenje istinski primijenjene umjetne fotosinteze.