Каваниши, Ҷопон, 15 ноябри соли 2022 /PRNewswire/ — Масъалаҳои экологӣ, аз қабили тағйирёбии иқлим, кам шудани захираҳои табиӣ, нобудшавии намудҳо, ифлосшавии пластикӣ ва буридани ҷангалҳо, дар саросари ҷаҳон бинобар афзоиши аҳолӣ, шиддат мегиранд.
Дуоксиди карбон (CO2) гази гулхонаӣ буда, яке аз сабабҳои асосии тағйирёбии иқлим мебошад. Аз ин рӯ, раванде, ки бо номи "фотосинтези сунъӣ (фоторедуксияи CO2)" маъруф аст, метавонад ашёи хоми органикӣ барои сӯзишворӣ ва маводи кимиёвӣ аз CO2, об ва энергияи офтоб истеҳсол кунад, ҳамон тавре ки растаниҳо мекунанд. Дар айни замон, онҳо инчунин партовҳои CO2-ро кам мекунанд, зеро CO2 ҳамчун ашёи хом барои истеҳсоли энергия ва захираҳои кимиёвӣ истифода мешавад. Аз ин рӯ, фотосинтези сунъӣ яке аз навтарин технологияҳои сабз ҳисобида мешавад.
MOF (Чаҳорчӯбаҳои органикии металлӣ) маводҳои ултрасӯрохдор мебошанд, ки аз кластерҳои металлҳои ғайриорганикӣ ва пайвандкунандагони органикӣ иборатанд. Онҳоро дар сатҳи молекулавӣ дар диапазони нанометрӣ идора кардан мумкин аст ва масоҳати калони сатҳӣ доранд. Аз сабаби ин хосиятҳо, MOF-ҳоро дар нигоҳдории газ, ҷудокунӣ, адсорбсияи металл, катализ, интиқоли доруворӣ, коркарди об, сенсорҳо, электродҳо, филтрҳо ва ғайра истифода бурдан мумкин аст. Ба наздикӣ муайян карда шуд, ки MOF-ҳо қобилияти сабти CO2-ро доранд, ки метавонанд CO2-ро фоторедуксия кунанд, яъне фотосинтези сунъӣ.
Нуқтаҳои квантӣ, аз тарафи дигар, маводҳои ултра тунук (0,5–9 нм) мебошанд, ки хосиятҳои оптикии онҳо ба қоидаҳои химияи квантӣ ва механикаи квантӣ мувофиқат мекунанд. Онҳоро "атомҳои сунъӣ ё молекулаҳои сунъӣ" меноманд, зеро ҳар як нуқтаи квантӣ аз чанд ё чанд ҳазор атом ё молекула иборат аст. Дар ин диапазони андоза, сатҳҳои энергияи электронҳо дигар пайваста нестанд ва аз сабаби падидаи физикие, ки бо номи таъсири маҳдудкунии квантӣ маълум аст, ҷудо мешаванд. Дар ин ҳолат, дарозии мавҷи нури партофташуда аз андозаи нуқтаҳои квантӣ вобаста хоҳад буд. Ин нуқтаҳои квантиро инчунин дар фотосинтези сунъӣ истифода бурдан мумкин аст, зеро онҳо қобилияти баланди ҷабби нур, қобилияти тавлиди экситонҳои сершумор ва масоҳати калон доранд.
Ҳам MOF ва ҳам нуқтаҳои квантӣ дар доираи Иттиҳоди Илми Сабз синтез карда шудаанд. Қаблан, онҳо бомуваффақият аз маводҳои таркибии нуқтаҳои квантии MOF барои истеҳсоли кислотаи формик ҳамчун катализатори махсус барои фотосинтези сунъӣ истифода мебурданд. Аммо, ин катализаторҳо дар шакли хока мавҷуданд ва ин хокаҳои катализатор бояд дар ҳар як раванд тавассути филтратсия ҷамъоварӣ карда шаванд. Аз ин рӯ, азбаски ин равандҳо пайваста нестанд, татбиқи онҳо барои истифодаи амалии саноатӣ душвор аст.
Дар посух, ҷаноби Тетсуро Каҷино, ҷаноби Хирохиса Ивабаяши ва доктор Рёҳей Мори аз Green Science Alliance Co., Ltd. аз технологияи худ барои иммобилизатсияи ин катализаторҳои махсуси фотосинтези сунъӣ дар варақаҳои бофандагии арзон истифода бурданд ва раванди нави истеҳсоли кислотаи формикро таҳия карданд, ки метавонад дар замимаҳои амалии саноатӣ пайваста кор кунад. Пас аз анҷоми реаксияи фотосинтези сунъӣ, оби дорои кислотаи формикро барои истихроҷ гирифтан мумкин аст ва оби нави тозаро метавон ба зарф баргардонд, то фотосинтези сунъиро пайваста аз нав оғоз кунад.
Кислотаи формик метавонад сӯзишвории гидрогенро иваз кунад. Яке аз сабабҳои асосии пешгирии паҳншавии ҷомеаи гидроген дар саросари ҷаҳон ин аст, ки гидроген хурдтарин атом дар коинот аст, аз ин рӯ нигоҳ доштани он душвор аст ва истеҳсоли зарфи гидроген бо таъсири баланди мӯҳр хеле гарон хоҳад буд. Ғайр аз ин, гази гидроген метавонад тарканда бошад ва хатари бехатарӣ эҷод кунад. Азбаски кислотаи формик моеъ аст, нигоҳ доштани он ҳамчун сӯзишворӣ осонтар аст. Дар ҳолати зарурӣ, кислотаи формикро барои катализ кардани истеҳсоли гидроген дар ҷои худ истифода бурдан мумкин аст. Илова бар ин, кислотаи формикро ҳамчун ашёи хом барои моддаҳои гуногуни кимиёвӣ истифода бурдан мумкин аст.
Гарчанде ки самаранокии фотосинтези сунъӣ то ҳол паст аст, Иттиҳоди Илми Сабз барои беҳтар кардани самаранокӣ барои муқаррар кардани татбиқи амалии фотосинтези сунъӣ муборизаро идома хоҳад дод.