Каванісі, Японія, 15 лістапада 2022 г. /PRNewswire/ — Такія экалагічныя праблемы, як змяненне клімату, знясіленне прыродных рэсурсаў, выміранне відаў, забруджванне пластыкам і высечка лясоў, абвастраюцца ва ўсім свеце з-за дэмаграфічнага выбуху.
Вуглякіслы газ (CO2) — парніковы газ і адна з галоўных прычын змены клімату. У сувязі з гэтым працэс, вядомы як «штучны фотасінтэз (фотааднаўленне CO2)», можа вырабляць арганічную сыравіну для паліва і хімічных рэчываў з CO2, вады і сонечнай энергіі, гэтак жа, як гэта робяць расліны. У той жа час яны таксама скарачаюць выкіды CO2, паколькі CO2 выкарыстоўваецца ў якасці сыравіны для вытворчасці энергіі і хімічных рэсурсаў. Таму штучны фотасінтэз лічыцца адной з найноўшых зялёных тэхналогій.
МАК (металаарганічныя каркасы) — гэта ультрапорыстыя матэрыялы, якія складаюцца з кластараў неарганічных металаў і арганічных лінкераў. Імі можна кіраваць на малекулярным узроўні ў нанаметровым дыяпазоне, і яны маюць вялікую плошчу 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 шляхам фотааднаўлення, гэта значыць для штучнага фотасінтэзу.
Квантавыя кропкі, з іншага боку, — гэта ультратонкія матэрыялы (0,5–9 нм), аптычныя ўласцівасці якіх адпавядаюць правілам квантавай хіміі і квантавай механікі. Іх называюць «штучнымі атамамі або штучнымі малекуламі», таму што кожная квантавая кропка складаецца толькі з некалькіх або 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 квантавых кропак. Гэтыя квантавыя кропкі таксама могуць выкарыстоўвацца ў штучным фотасінтэзе дзякуючы іх высокай здольнасці паглынаць святло, здольнасці генераваць некалькі эксітонаў і вялікай плошчы паверхні.
Як MOF, так і квантавыя кропкі былі сінтэзаваны ў рамках Альянсу зялёнай навукі. Раней яны паспяхова выкарыстоўвалі кампазітныя матэрыялы на аснове квантавых кропак MOF 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. Такім чынам, паколькі гэтыя працэсы не з'яўляюцца бесперапыннымі, іх цяжка ўжываць для практычнага прамысловага выкарыстання.
У адказ спадар Тэцура Кадзіна, спадар Хірахіса Івабаясі і доктар Рыёхей Моры з кампаніі Green Science Alliance Co., Ltd. выкарысталі сваю тэхналогію для імабілізацыі гэтых спецыяльных штучных каталізатараў фотасінтэзу на недарагіх тэкстыльных лістах і распрацавалі новы працэс вытворчасці мурашынай кіслаты, які можа працаваць бесперапынна ў прамысловых умовах. Пасля завяршэння рэакцыі штучнага фотасінтэзу ваду, якая змяшчае мурашыную кіслату, можна выняць для экстракцыі, а новую свежую ваду можна дадаць назад у кантэйнер для бесперапыннага аднаўлення штучнага фотасінтэзу.
Мурашыная кіслата можа замяніць вадароднае паліва. Адной з галоўных прычын, якія перашкаджаюць распаўсюджванню вадароднага грамадства па ўсім свеце, з'яўляецца тое, што вадарод — найменшы атам у Сусвеце, таму яго цяжка захоўваць, а вытворчасць вадароднага рэзервуара з высокім герметычным эфектам будзе вельмі дарагой. Акрамя таго, вадарод можа быць выбухованебяспечным і ўяўляць пагрозу бяспецы. Паколькі мурашыная кіслата з'яўляецца вадкасцю, яе лягчэй захоўваць у якасці паліва. Пры неабходнасці мурашыная кіслата можа быць выкарыстана для каталізацыі вытворчасці вадароду in situ. Акрамя таго, мурашыная кіслата можа быць выкарыстана ў якасці сыравіны для розных хімічных рэчываў.
Нягледзячы на ​​тое, што эфектыўнасць штучнага фотасінтэзу ўсё яшчэ нізкая, Альянс «Зялёная навука» будзе працягваць барацьбу за павышэнне эфектыўнасці, каб знайсці практычнае прымяненне штучнага фотасінтэзу.