Կավանիշի, Ճապոնիա, 2022 թվականի նոյեմբերի 15 /PRNewswire/ — Բնապահպանական խնդիրները, ինչպիսիք են կլիմայի փոփոխությունը, բնական պաշարների սպառումը, տեսակների ոչնչացումը, պլաստիկ աղտոտումը և անտառահատումները, սրվում են ամբողջ աշխարհում՝ բնակչության պայթյունի պատճառով։
Ածխաթթու գազը (CO2) ջերմոցային գազ է և կլիմայի փոփոխության հիմնական պատճառներից մեկը։ Այս առումով, «արհեստական ​​ֆոտոսինթեզ (CO2 ֆոտովերականգնում)» անունով հայտնի գործընթացը կարող է CO2-ից, ջրից և արևային էներգիայից ստանալ վառելիքի և քիմիական նյութերի համար օրգանական հումք, ինչպես բույսերը։ Միևնույն ժամանակ, դրանք նաև նվազեցնում են CO2 արտանետումները, քանի որ CO2-ն օգտագործվում է որպես հումք էներգիայի և քիմիական ռեսուրսների արտադրության համար։ Հետևաբար, արհեստական ​​ֆոտոսինթեզը համարվում է նորագույն կանաչ տեխնոլոգիաներից մեկը։
ՄՕՖ-ները (մետաղական օրգանական շրջանակներ) գերծակոտկեն նյութեր են, որոնք կազմված են անօրգանական մետաղների և օրգանական կապակցիչների կլաստերներից: Դրանք կարող են կառավարվել մոլեկուլային մակարդակով նանոմետրային տիրույթում և ունեն մեծ մակերես: Այս հատկությունների շնորհիվ ՄՕՖ-ները կարող են կիրառվել գազի պահեստավորման, բաժանման, մետաղների ադսորբցիայի, կատալիզի, դեղերի մատակարարման, ջրի մաքրման, սենսորների, էլեկտրոդների, ֆիլտրերի և այլնի մեջ: Վերջերս պարզվել է, որ ՄՕՖ-ները ունեն CO2 կլանման ունակություն, որը կարող է ֆոտովերականգնվել CO2-ի միջոցով, այսինքն՝ արհեստական ​​ֆոտոսինթեզ:
Քվանտային կետերը, մյուս կողմից, գերբարակ նյութեր են (0.5–9 նմ), որոնց օպտիկական հատկությունները համապատասխանում են քվանտային քիմիայի և քվանտային մեխանիկայի կանոններին: Դրանք կոչվում են «արհեստական ​​ատոմներ կամ արհեստական ​​մոլեկուլներ», քանի որ յուրաքանչյուր քվանտային կետ բաղկացած է ընդամենը մի քանի կամ մի քանի հազար ատոմներից կամ մոլեկուլներից: Այս չափի միջակայքում էլեկտրոնների էներգիայի մակարդակները այլևս անընդհատ չեն և բաժանվում են քվանտային սահմանափակման էֆեկտ կոչվող ֆիզիկական երևույթի պատճառով: Այս դեպքում ճառագայթված լույսի ալիքի երկարությունը կախված կլինի քվանտային կետերի չափից: Այս քվանտային կետերը կարող են կիրառվել նաև արհեստական ​​ֆոտոսինթեզի մեջ՝ լույսի բարձր կլանման ունակության, բազմաթիվ էքսիտոններ առաջացնելու ունակության և մեծ մակերեսի մակերեսի շնորհիվ:
Կանաչ գիտության դաշինքի շրջանակներում սինթեզվել են և՛ MOF-ներ, և՛ քվանտային կետեր: Նախկինում նրանք հաջողությամբ օգտագործել են MOF քվանտային կետերի կոմպոզիտային նյութեր՝ արհեստական ​​ֆոտոսինթեզի հատուկ կատալիզատորի դերում մրջնաթթու ստանալու համար: Այնուամենայնիվ, այս կատալիզատորները փոշու տեսքով են, և այս կատալիզատորային փոշիները պետք է հավաքվեն ֆիլտրացիայի միջոցով յուրաքանչյուր գործընթացում: Հետևաբար, քանի որ այս գործընթացները անընդհատ չեն, դրանք դժվար է կիրառել գործնական արդյունաբերական օգտագործման համար:
Ի պատասխան, «Green Science Alliance Co., Ltd.»-ի պարոն Տեցուրո Կաջինոն, պարոն Հիրոհիսա Իվաբայաշին և դոկտոր Ռյոհեյ Մորին օգտագործեցին իրենց տեխնոլոգիան՝ այս հատուկ արհեստական ​​ֆոտոսինթեզի կատալիզատորները էժան տեքստիլ թերթերի վրա անշարժացնելու համար և մշակեցին մրջնաթթվի արտադրության նոր գործընթաց, որը կարող է անընդհատ գործել գործնական արդյունաբերական կիրառություններում: Արհեստական ​​ֆոտոսինթեզի ռեակցիայի ավարտից հետո մրջնաթթվ պարունակող ջուրը կարող է հանվել արդյունահանման համար, և տարայի մեջ կարելի է ավելացնել նոր քաղցրահամ ջուր՝ արհեստական ​​ֆոտոսինթեզի անընդհատ վերսկսման համար:
Մրջնաթթուն կարող է փոխարինել ջրածնային վառելիքին: Ջրածնային հասարակության տարածումը ամբողջ աշխարհում կանխելու հիմնական պատճառներից մեկն այն է, որ ջրածինը տիեզերքի ամենափոքր ատոմն է, ուստի այն դժվար է պահել, իսկ բարձր մեկուսացման ազդեցությամբ ջրածնային բաքի արտադրությունը շատ թանկ կլինի: Բացի այդ, ջրածնային գազը կարող է պայթուցիկ լինել և անվտանգության համար վտանգ ներկայացնել: Քանի որ մրջնաթթուն հեղուկ է, այն ավելի հեշտ է պահել որպես վառելիք: Անհրաժեշտության դեպքում մրջնաթթուն կարող է օգտագործվել տեղում ջրածնի արտադրությունը կատալիզացնելու համար: Բացի այդ, մրջնաթթուն կարող է օգտագործվել որպես հումք տարբեր քիմիական նյութերի համար:
Չնայած արհեստական ​​ֆոտոսինթեզի արդյունավետությունը դեռևս ցածր է, Կանաչ գիտության դաշինքը կշարունակի պայքարել արդյունավետության բարելավման համար՝ արհեստական ​​ֆոտոսինթեզի գործնական կիրառությունները հաստատելու համար։