КАВАНИШ, Япония, 15 ноември 2022 г. /PRNewswire/ — Екологични проблеми като изменението на климата, изчерпването на ресурсите, изчезването на видове, замърсяването с пластмаса и обезлесяването, причинени от нарастването на световното население, стават все по-належащи.
Въглеродният диоксид (CO2) е парников газ и една от основните причини за изменението на климата. В тази връзка, процес, наречен „изкуствена фотосинтеза (фоторедукция на въглероден диоксид)“, може да произвежда органични суровини за гориво и химикали от въглероден диоксид, вода и слънчева енергия, както правят растенията. В същото време те намаляват емисиите на CO2, които се използват като суровина за производство на енергия и химикали. Следователно, изкуствената фотосинтеза е известна като една от най-модерните зелени технологии.
MOF (метално-органични рамки) са свръхпорести материали, съставени от клъстери от неорганични метали и органични линкери. Те могат да бъдат контролирани на молекулярно ниво в нано диапазона с голяма повърхност. Благодарение на тези свойства, MOF могат да се прилагат в съхранение на газове, разделяне, адсорбция на метали, катализа, доставяне на лекарства, пречистване на вода, сензори, електроди, филтри и др. Наскоро беше установено, че MOF имат способността да улавят CO2, който може да се използва за производство на органични вещества чрез фоторедукция на CO2, известна още като изкуствена фотосинтеза.
Квантовите точки, от друга страна, са ултра-малки материали (0,5–9 нанометра) с оптични свойства, които се подчиняват на правилата на квантовата химия и квантовата механика. Те се наричат ​​„изкуствени атоми или изкуствени молекули“, защото всяка квантова точка се състои само от няколко до хиляди атоми или молекули. В този диапазон от размери енергийните нива на електроните вече не са непрекъснати и се разделят поради физическо явление, известно като ефект на квантово ограничение. В този случай дължината на вълната на излъчената светлина ще зависи от размера на квантовата точка. Тези квантови точки могат да се прилагат и в изкуствената фотосинтеза поради високия им капацитет за поглъщане на светлина, способността им да генерират множество екситони и голямата повърхност.
Както MOF, така и квантовите точки са синтезирани от Green Science Alliance. Преди това те успешно са използвали композити от MOF и квантови точки за производство на мравчена киселина като специален катализатор за изкуствена фотосинтеза. Тези катализатори обаче са под формата на прах и тези катализаторни прахове трябва да се събират чрез филтрация във всеки процес. Следователно е трудно да се приложи в реална промишлена употреба, тъй като тези процеси не са непрекъснати.
В отговор, г-н Каджино Тецуро, г-н Ивабаяши Хирохиса и д-р Мори Рьохей от Green Science Alliance Co., Ltd. използваха своята технология, за да обездвижат тези специални изкуствени катализатори за фотосинтеза върху евтина текстилна тъкан и откриха нов завод за мравчена киселина. Процесът може да се провежда непрекъснато за практически промишлени приложения. След завършване на реакцията на изкуствена фотосинтеза, водата, съдържаща мравчена киселина, може да бъде извлечена и екстрахирана, след което в контейнера може да се добави нова прясна вода, за да се продължи възобновяването на изкуствената фотосинтеза.
Мравчената киселина може да замести водородното гориво. Една от основните причини, които възпрепятстват световното приемане на общество, базирано на водород, е, че водородът, най-малкият атом във Вселената, е труден за съхранение и би било много скъпо да се изгради добре запечатан резервоар с водород. Освен това, водородният газ може да бъде експлозивен и да представлява опасност за безопасността. Много по-лесно е да се съхраняват мравчени киселини като гориво, защото те са течни. Ако е необходимо, мравчената киселина може да катализира реакцията за производство на водород in situ. Освен това, мравчената киселина може да се използва като суровина за различни химикали.
Дори ако ефективността на изкуствената фотосинтеза в момента е все още много ниска, Алиансът за зелена наука ще продължи да се бори за повишаване на ефективността и въвеждане на наистина приложна изкуствена фотосинтеза.