КАВАНІШ, Японія, 15 лістапада 2022 г. /PRNewswire/ — Экалагічныя праблемы, такія як змяненне клімату, знясіленне рэсурсаў, выміранне відаў, забруджванне пластыкам і высечка лясоў, выкліканыя рэзкім ростам насельніцтва свету, становяцца ўсё больш актуальнымі.
Вуглякіслы газ (CO2) — парніковы газ і адна з галоўных прычын змены клімату. У сувязі з гэтым працэс пад назвай «штучны фотасінтэз (фотааднаўленне вуглякіслага газу)» дазваляе вырабляць арганічную сыравіну для паліва і хімічных рэчываў з вуглякіслага газу, вады і сонечнай энергіі, як гэта робяць расліны. Адначасова яны скарачаюць выкіды CO2, які выкарыстоўваецца ў якасці сыравіны для вытворчасці энергіі і хімічных рэчываў. Таму штучны фотасінтэз вядомы як адна з самых перадавых зялёных тэхналогій.
МАК (металаарганічныя каркасы) — гэта звышпорыстыя матэрыялы, якія складаюцца з кластараў неарганічных металаў і арганічных лінкераў. Імі можна кіраваць на малекулярным узроўні ў нанадыяпазоне з вялікай плошчай паверхні. Дзякуючы гэтым уласцівасцям МАК могуць выкарыстоўвацца для захоўвання газаў, падзелу, адсорбцыі металаў, каталізу, дастаўкі лекаў, ачысткі вады, датчыкаў, электродаў, фільтраў і г.д. Нядаўна было выяўлена, што МАК валодаюць здольнасцю захопліваць CO2, які можна выкарыстоўваць для атрымання арганічных рэчываў шляхам фотааднаўлення CO2, таксама вядомага як штучны фотасінтэз.
Квантавыя кропкі, з іншага боку, — гэта ультрамаленькія матэрыялы (0,5–9 нанаметраў) з аптычнымі ўласцівасцямі, якія падпарадкоўваюцца правілам квантавай хіміі і квантавай механікі. Іх называюць «штучнымі атамамі або штучнымі малекуламі», таму што кожная квантавая кропка складаецца толькі з некалькіх тысяч атамаў або малекул. У гэтым дыяпазоне памераў энергетычныя ўзроўні электронаў больш не з'яўляюцца бесперапыннымі і падзеленыя з-за фізічнай з'явы, вядомай як эфект квантавага абмежавання. У гэтым выпадку даўжыня хвалі выпраменьванага святла будзе залежаць ад памеру квантавай кропкі. Гэтыя квантавыя кропкі таксама могуць выкарыстоўвацца ў штучным фотасінтэзе дзякуючы іх высокай здольнасці паглынаць святло, здольнасці генераваць некалькі эксітонаў і вялікай плошчы паверхні.
Альянс «Зялёная навука» сінтэзаваў як MOF, так і квантавыя кропкі. Раней яны паспяхова выкарыстоўвалі кампазіты MOF-квантавыя кропкі для атрымання мурашынай кіслаты ў якасці спецыяльнага каталізатара для штучнага фотасінтэзу. Аднак гэтыя каталізатары маюць парашкападобную форму, і гэтыя парашкі каталізатараў неабходна збіраць фільтраваннем у кожным працэсе. Таму іх цяжка прымяніць у рэальным прамысловым асяроддзі, бо гэтыя працэсы не бесперапынныя.
У адказ спадар Кадзіна Тэцура, спадар Івабаясі Хірахіса і доктар Моры Рыёхей з кампаніі Green Science Alliance Co., Ltd. выкарысталі сваю тэхналогію для імабілізацыі гэтых спецыяльных штучных каталізатараў фотасінтэзу на недарагой тэкстыльнай тканіне і адкрылі новы завод па вытворчасці мурашынай кіслаты. Працэс можа выконвацца бесперапынна для практычнага прамысловага прымянення. Пасля завяршэння рэакцыі штучнага фотасінтэзу ваду, якая змяшчае мурашыную кіслату, можна выняць і экстрагаваць, а затым у кантэйнер можна дадаць новую свежую ваду, каб працягнуць аднаўленне штучнага фотасінтэзу.
Мурашыная кіслата можа замяніць вадароднае паліва. Адной з галоўных прычын, якія стрымліваюць глабальнае ўкараненне грамадства на аснове вадароду, з'яўляецца тое, што вадарод, найменшы атам у Сусвеце, цяжка захоўваць, і было б вельмі дорага пабудаваць добра герметычны рэзервуар вадароду. Акрамя таго, вадародны газ можа быць выбуханебяспечным і ўяўляць пагрозу бяспецы. Мурашыную кіслату значна прасцей захоўваць у якасці паліва, таму што яна вадкая. Пры неабходнасці мурашыная кіслата можа каталізаваць рэакцыю атрымання вадароду in situ. Акрамя таго, мурашыную кіслату можна выкарыстоўваць у якасці сыравіны для розных хімічных рэчываў.
Нават калі эфектыўнасць штучнага фотасінтэзу ў цяперашні час усё яшчэ вельмі нізкая, Альянс зялёнай навукі будзе працягваць барацьбу за павышэнне эфектыўнасці і ўкараненне сапраўды прыкладнога штучнага фотасінтэзу.