Kawanishi, Japan, Nob. 15, 2022 /PRNewswire/ — Ang mga isyung pangkapaligiran tulad ng pagbabago ng klima, pagkaubos ng likas na yaman, pagkalipol ng mga uri ng hayop, polusyon sa plastik at deforestation ay lumalala sa buong mundo dahil sa pagsabog ng populasyon.
Ang carbon dioxide (CO2) ay isang greenhouse gas at isa sa mga pangunahing sanhi ng pagbabago ng klima. Kaugnay nito, ang prosesong kilala bilang "artificial photosynthesis (CO2 photoreduction)" ay maaaring makagawa ng organikong feedstock para sa mga panggatong at kemikal mula sa CO2, tubig at solar energy, tulad ng ginagawa ng mga halaman. Kasabay nito, binabawasan din nila ang mga emisyon ng CO2, dahil ang CO2 ay ginagamit bilang feedstock para sa produksyon ng enerhiya at mga kemikal na mapagkukunan. Samakatuwid, ang artipisyal na photosynthesis ay itinuturing na isa sa mga pinakabagong berdeng teknolohiya.
Ang mga MOF (Metal Organic Frameworks) ay mga ultraporous na materyales na binubuo ng mga kumpol ng mga inorganic na metal at mga organic linker. Maaari silang kontrolin sa antas ng molekular sa saklaw ng nanometer at may malaking surface area. Dahil sa mga katangiang ito, ang mga MOF ay maaaring gamitin sa pag-iimbak ng gas, paghihiwalay, metal adsorption, catalysis, paghahatid ng gamot, paggamot ng tubig, mga sensor, electrode, filter, atbp. Kamakailan lamang, natuklasan na ang mga MOF ay may kakayahang kumuha ng CO2 na maaaring mag-photoreduce ng CO2, ibig sabihin, artipisyal na photosynthesis.
Ang mga quantum dots, sa kabilang banda, ay mga ultrathin na materyales (0.5–9 nm) na ang mga optical properties ay sumusunod sa mga tuntunin ng quantum chemistry at quantum mechanics. Tinatawag silang "artificial atoms o artificial molecules" dahil ang bawat quantum dot ay binubuo lamang ng ilan o ilang libong atoms o molecules. Sa ganitong saklaw ng laki, ang mga antas ng enerhiya ng mga electron ay hindi na tuloy-tuloy at nagiging magkakahiwalay dahil sa isang pisikal na phenomenon na kilala bilang quantum confinement effect. Sa kasong ito, ang wavelength ng inilalabas na liwanag ay depende sa laki ng mga quantum dots. Ang mga quantum dots na ito ay maaari ding gamitin sa artipisyal na photosynthesis dahil sa kanilang mataas na kapasidad sa pagsipsip ng liwanag, kakayahang makabuo ng maraming exciton at malaking surface area.
Ang parehong MOF at quantum dots ay na-synthesize sa ilalim ng Green Science Alliance. Dati, matagumpay nilang ginamit ang mga MOF quantum dot composite materials upang makagawa ng formic acid bilang isang espesyal na katalista para sa artipisyal na photosynthesis. Gayunpaman, ang mga katalistang ito ay nasa anyong pulbos at ang mga pulbos ng katalistang ito ay dapat kolektahin sa pamamagitan ng pagsasala sa bawat proseso. Samakatuwid, dahil ang mga prosesong ito ay hindi tuluy-tuloy, mahirap itong ilapat para sa praktikal na paggamit sa industriya.
Bilang tugon, ginamit nina G. Tetsuro Kajino, G. Hirohisa Iwabayashi, at Dr. Ryohei Mori ng Green Science Alliance Co., Ltd. ang kanilang teknolohiya upang i-immobilize ang mga espesyal na artipisyal na photosynthesis catalyst na ito sa mga murang tela at bumuo ng isang bagong proseso para sa produksyon ng formic acid na maaaring patuloy na gumana sa mga praktikal na aplikasyon sa industriya. Pagkatapos makumpleto ang artipisyal na reaksyon ng photosynthesis, ang tubig na naglalaman ng formic acid ay maaaring kunin para sa pagkuha, at ang bagong sariwang tubig ay maaaring idagdag pabalik sa lalagyan upang patuloy na ipagpatuloy ang artipisyal na photosynthesis.
Maaaring palitan ng formic acid ang hydrogen fuel. Isa sa mga pangunahing dahilan kung bakit pinipigilan ang pagkalat ng isang lipunang hydrogen sa buong mundo ay ang hydrogen ang pinakamaliit na atomo sa sansinukob, kaya mahirap itong iimbak, at ang paggawa ng tangke ng hydrogen na may mataas na sealing effect ay magiging napakamahal. Bukod pa rito, ang hydrogen gas ay maaaring sumabog at magdulot ng panganib sa kaligtasan. Dahil ang formic acid ay isang likido, mas madali itong iimbak bilang panggatong. Kung kinakailangan, maaaring gamitin ang formic acid upang mapadali ang produksyon ng hydrogen in situ. Bukod pa rito, maaaring gamitin ang formic acid bilang hilaw na materyal para sa iba't ibang kemikal.
Bagama't mababa pa rin ang kahusayan ng artipisyal na potosintesis, patuloy na ipaglalaban ng Green Science Alliance ang mga pagpapabuti sa kahusayan upang makapagtatag ng mga praktikal na aplikasyon para sa artipisyal na potosintesis.