KAWANISH, Japanio, 15-a de novembro 2022 /PRNewswire/ — Mediaj problemoj kiel klimata ŝanĝo, malplenigo de resursoj, formorto de specioj, plasta poluado kaj senarbarigo kaŭzitaj de la monda loĝantarkresko fariĝas pli urĝaj.
Karbondioksido (CO2) estas forceja gaso kaj unu el la ĉefaj kaŭzoj de klimata ŝanĝo. Tiurilate, procezo nomata "artefarita fotosintezo (fotoredukto de karbondioksido)" povas produkti organikajn krudmaterialojn por fuelo kaj kemiaĵoj el karbondioksido, akvo kaj suna energio, kiel faras plantoj. Samtempe, ili reduktas CO2-emisiojn, kiuj estas uzataj kiel krudmaterialo por energio kaj kemia produktado. Tial, artefarita fotosintezo estas konata kiel unu el la plej progresintaj verdaj teknologioj.
MOF-oj (metalo-organikaj kadroj) estas superporaj materialoj kunmetitaj el aretoj de neorganikaj metaloj kaj organikaj ligiloj. Ili povas esti kontrolitaj je molekula nivelo en la nano-intervalo kun granda surfaca areo. Pro ĉi tiuj ecoj, MOF-oj povas esti aplikataj en gasstokado, apartigo, metaladsorbado, katalizo, medikamentliverado, akvopurigado, sensiloj, elektrodoj, filtriloj, ktp. Oni ĵus trovis, ke MOF-oj havas la kapablon kapti CO2, kiu povas esti uzata por produkti organikajn substancojn per CO2-fotoredukto, ankaŭ konata kiel artefarita fotosintezo.
Kvantumpunktoj, aliflanke, estas ultra-malgrandegaj materialoj (0,5–9 nanometroj) kun optikaj ecoj, kiuj obeas la regulojn de kvantuma kemio kaj kvantuma mekaniko. Ili nomiĝas "artefaritaj atomoj aŭ artefaritaj molekuloj" ĉar ĉiu kvantumpunkto konsistas el nur kelkaj ĝis miloj da atomoj aŭ molekuloj. En ĉi tiu grandecintervalo, la energiniveloj de la elektronoj jam ne estas kontinuaj kaj disiĝas pro fizika fenomeno konata kiel la kvantuma limigo-efiko. En ĉi tiu kazo, la ondolongo de la elsendita lumo dependos de la grandeco de la kvantumpunkto. Ĉi tiuj kvantumpunktoj ankaŭ povas esti aplikataj en artefarita fotosintezo pro sia alta lum-absorba kapacito, kapablo generi plurajn ekscitonojn kaj granda surfacareo.
Kaj MOF-ojn kaj kvantumpunktojn sintezis la Verda Scienca Alianco. Antaŭe, ili sukcese uzis MOF-kvantumpunktojn por produkti formikan acidon kiel specialan katalizilon por artefarita fotosintezo. Tamen, ĉi tiuj kataliziloj estas en pulvora formo kaj ĉi tiuj katalizaj pulvoroj devas esti kolektitaj per filtrado en ĉiu procezo. Tial, estas malfacile apliki ilin al reala industria uzo, ĉar ĉi tiuj procezoj ne estas kontinuaj.
Responde, S-ro Kajino Tetsuro, S-ro Iwabayashi Hirohisa, kaj D-ro Mori Ryohei de Green Science Alliance Co., Ltd. uzis sian teknologion por senmovigi ĉi tiujn specialajn artefaritajn fotosintezajn katalizilojn sur malmultekosta tekstila ŝtofo kaj malfermis novan formikacidan fabrikon. La procezo povas esti funkciigata kontinue por praktikaj industriaj aplikoj. Post la kompletigo de la artefarita fotosinteza reakcio, la akvo enhavanta formikacidon povas esti elprenita kaj ekstraktita, kaj poste nova freŝa akvo povas esti aldonita al la ujo por daŭrigi la rekomencon de artefarita fotosintezo.
Formika acido povas anstataŭigi hidrogenan fuelon. Unu el la ĉefaj kialoj, kiuj malhelpas la tutmondan adopton de hidrogen-bazita socio, estas ke hidrogeno, la plej malgranda atomo en la universo, estas malfacile stokebla, kaj estus tre multekoste konstrui bone sigelitan rezervujon de hidrogeno. Krome, hidrogena gaso povas esti eksplodema kaj prezenti sekurecan danĝeron. Estas multe pli facile stoki formikajn acidojn kiel fuelon ĉar ili estas likvaj. Se necese, formika acido povas katalizi la reakcion por produkti hidrogenon surloke. Krome, formika acido povas esti uzata kiel kruda materialo por diversaj kemiaĵoj.
Eĉ se la efikeco de artefarita fotosintezo nuntempe estas ankoraŭ tre malalta, la Verda Scienca Alianco daŭre batalos por pliigi efikecon kaj enkonduki vere aplikatan artefaritan fotosintezon.