Kawanishi, Japanio, 15-a de novembro 2022 /PRNewswire/ — Mediaj problemoj kiel klimata ŝanĝo, malplenigo de naturaj rimedoj, formorto de specioj, plasta poluado kaj senarbarigo pliseveriĝas tra la mondo pro loĝantara eksplodo.
Karbondioksido (CO2) estas forceja gaso kaj unu el la ĉefaj kaŭzoj de klimata ŝanĝo. Tiurilate, procezo konata kiel "artefarita fotosintezo (CO2-fotoredukto)" povas produkti organikan krudmaterialon por fueloj kaj kemiaĵoj el CO2, akvo kaj suna energio, same kiel plantoj faras. Samtempe, ili ankaŭ reduktas CO2-emisiojn, ĉar CO2 estas uzata kiel krudmaterialo por la produktado de energio kaj kemiaj rimedoj. Tial, artefarita fotosintezo estas konsiderata unu el la plej novaj verdaj teknologioj.
MOF-oj (Metal Organic Frameworks, Metal Organic Frameworks) estas ultraporaj materialoj konsistantaj el aretoj de neorganikaj metaloj kaj organikaj ligiloj. Ili povas esti kontrolitaj je molekula nivelo en nanometra gamo kaj havas grandan surfacareon. Pro ĉi tiuj ecoj, MOF-oj povas esti aplikataj en gasstokado, apartigo, metaladsorbado, katalizo, medikamentliverado, akvopurigado, sensiloj, elektrodoj, filtriloj, ktp. Lastatempe, oni trovis, ke MOF-oj havas CO2-kaptokapablon, kiu povas esti fotoreduktita CO2, tio estas, artefarita fotosintezo.
Kvantumpunktoj, aliflanke, estas ultramaldikaj materialoj (0,5–9 nm) kies optikaj ecoj konformas al la reguloj de kvantuma kemio kaj kvantuma mekaniko. Ili nomiĝas "artefaritaj atomoj aŭ artefaritaj molekuloj" ĉar ĉiu kvantumpunkto konsistas el nur kelkaj aŭ kelkaj 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 kvantumpunktoj. Ĉi tiuj kvantumpunktoj ankaŭ povas esti aplikataj en artefarita fotosintezo pro ilia alta lum-absorba kapacito, kapablo generi plurajn ekscitonojn kaj granda surfacareo.
Kaj MOF-oj kaj kvantumpunktoj estis sintezitaj sub la Green Science Alliance. Antaŭe, ili sukcese uzis MOF-kvantumpunktojn por produkti formikacidon 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, ĉar ĉi tiuj procezoj ne estas kontinuaj, ili estas malfacile aplikeblaj por praktika industria uzo.
Responde, S-ro Tetsuro Kajino, S-ro Hirohisa Iwabayashi, kaj D-ro Ryohei Mori de Green Science Alliance Co., Ltd. uzis sian teknologion por senmovigi ĉi tiujn specialajn artefaritajn fotosintezajn katalizilojn sur malmultekostaj tekstilaj folioj kaj evoluigis novan procezon por la produktado de formika acido, kiu povas funkcii kontinue en praktikaj industriaj aplikoj. Post la kompletigo de la artefarita fotosinteza reakcio, la akvo enhavanta formikan acidon povas esti elprenita por ekstraktado, kaj nova freŝa akvo povas esti aldonita reen al la ujo por kontinue rekomenci artefaritan fotosintezon.
Formika acido povas anstataŭigi hidrogenan fuelon. Unu el la ĉefaj kialoj, kiuj malhelpas la disvastiĝon de hidrogena socio tra la mondo, estas ke hidrogeno estas la plej malgranda atomo en la universo, do malfacilas stoki ĝin, kaj la produktado de hidrogena tanko kun alta sigela efiko estos tre multekosta. Krome, hidrogena gaso povas esti eksplodema kaj prezenti sekurecan danĝeron. Ĉar formika acido estas likvaĵo, estas pli facile stokebla kiel fuelo. Se necese, formika acido povas esti uzata por katalizi la produktadon de hidrogeno surloke. Krome, formika acido povas esti uzata kiel kruda materialo por diversaj kemiaĵoj.
Kvankam la efikeco de artefarita fotosintezo estas ankoraŭ malalta, la Verda Scienca Alianco daŭre batalos por plibonigoj de efikeco por establi praktikajn aplikojn por artefarita fotosintezo.