KAWANISH, Japan, 15. november 2022 /PRNewswire/ — Miljøproblemer som klimaforandringer, ressourceudtømning, artsudryddelse, plastikforurening og skovrydning forårsaget af verdens befolkningsstigning bliver mere og mere presserende.
Kuldioxid (CO2) er en drivhusgas og en af ​​hovedårsagerne til klimaændringer. I den forbindelse kan en proces kaldet "kunstig fotosyntese (fotoreduktion af kuldioxid)" producere organiske råmaterialer til brændstof og kemikalier fra kuldioxid, vand og solenergi, ligesom planter gør. Samtidig reducerer de CO2-udledningen, som bruges som råmateriale til energi- og kemikalieproduktion. Derfor er kunstig fotosyntese kendt som en af ​​de mest avancerede grønne teknologier.
MOF'er (metalorganiske rammeværk) er superporøse materialer sammensat af klynger af uorganiske metaller og organiske linkere. De kan kontrolleres på molekylært niveau i nanoområdet med et stort overfladeareal. På grund af disse egenskaber kan MOF'er anvendes til gaslagring, separation, metaladsorption, katalyse, lægemiddelafgivelse, vandbehandling, sensorer, elektroder, filtre osv. MOF'er har for nylig vist sig at have evnen til at opfange CO2, som kan bruges til at producere organiske stoffer gennem CO2-fotoreduktion, også kendt som kunstig fotosyntese.
Kvanteprikker er derimod ultrasmå materialer (0,5-9 nanometer) med optiske egenskaber, der overholder reglerne for kvantekemi og kvantemekanik. De kaldes "kunstige atomer eller kunstige molekyler", fordi hver kvanteprik kun består af et par til tusindvis af atomer eller molekyler. I dette størrelsesområde er elektronernes energiniveauer ikke længere kontinuerlige og bliver adskilt på grund af et fysisk fænomen kendt som kvanteindeslutningseffekten. I dette tilfælde vil bølgelængden af ​​det udsendte lys afhænge af størrelsen af ​​kvanteprikken. Disse kvanteprikker kan også anvendes i kunstig fotosyntese på grund af deres høje lysabsorptionskapacitet, evne til at generere flere excitoner og store overfladeareal.
Både MOF'er og kvanteprikker er blevet syntetiseret af Green Science Alliance. Tidligere har de med succes brugt MOF-kvanteprikker til at producere myresyre som en speciel katalysator til kunstig fotosyntese. Disse katalysatorer er dog i pulverform, og disse katalysatorpulvere skal opsamles ved filtrering i hver proces. Derfor er det vanskeligt at anvende det i reel industriel brug, fordi disse processer ikke er kontinuerlige.
Som svar herpå brugte hr. Kajino Tetsuro, hr. Iwabayashi Hirohisa og Dr. Mori Ryohei fra Green Science Alliance Co., Ltd. deres teknologi til at immobilisere disse specielle kunstige fotosyntesekatalysatorer på et billigt tekstilstof og åbnede et nyt myresyreanlæg. Processen kan køres kontinuerligt til praktiske industrielle anvendelser. Efter afslutningen af ​​den kunstige fotosyntesereaktion kan vandet, der indeholder myresyre, tages ud og ekstraheres, og derefter kan nyt frisk vand tilsættes beholderen for at fortsætte genoptagelsen af ​​den kunstige fotosyntese.
Myresyre kan erstatte brintbrændstof. En af hovedårsagerne til den globale udbredelse af et brintbaseret samfund er, at brint, det mindste atom i universet, er vanskeligt at lagre, og det ville være meget dyrt at bygge et velforseglet reservoir af brint. Derudover kan brintgas være eksplosiv og udgøre en sikkerhedsrisiko. Det er meget lettere at lagre myresyrer som brændstof, fordi de er flydende. Om nødvendigt kan myresyre katalysere reaktionen for at producere brint in situ. Derudover kan myresyre bruges som råmateriale til forskellige kemikalier.
Selv om effektiviteten af ​​kunstig fotosyntese stadig er meget lav i øjeblikket, vil Green Science Alliance fortsætte med at kæmpe for at øge effektiviteten og introducere reelt anvendt kunstig fotosyntese.