KAWANISH, Jepun, 15 Nov. 2022 /PRNewswire/ — Isu-isu alam sekitar seperti perubahan iklim, kekurangan sumber, kepupusan spesies, pencemaran plastik dan penebangan hutan yang disebabkan oleh lonjakan populasi dunia semakin mendesak.
Karbon dioksida (CO2) ialah gas rumah hijau dan salah satu punca utama perubahan iklim. Dalam hal ini, proses yang dipanggil "fotosintesis buatan (fotoreduksi karbon dioksida)" boleh menghasilkan bahan mentah organik untuk bahan api dan bahan kimia daripada karbon dioksida, air dan tenaga suria, seperti yang dilakukan oleh tumbuhan. Pada masa yang sama, ia mengurangkan pelepasan CO2, yang digunakan sebagai bahan mentah untuk tenaga dan pengeluaran kimia. Oleh itu, fotosintesis buatan dikenali sebagai salah satu teknologi hijau yang paling canggih.
MOF (rangka logam-organik) ialah bahan superporous yang terdiri daripada gugusan logam bukan organik dan penghubung organik. Ia boleh dikawal pada peringkat molekul dalam julat nano dengan luas permukaan yang besar. Disebabkan oleh sifat-sifat ini, MOF boleh digunakan dalam penyimpanan gas, pemisahan, penjerapan logam, pemangkinan, penghantaran ubat, rawatan air, sensor, elektrod, penapis, dan sebagainya. MOF baru-baru ini didapati mempunyai keupayaan untuk menangkap CO2, yang boleh digunakan untuk menghasilkan bahan organik melalui fotoreduksi CO2, juga dikenali sebagai fotosintesis buatan.
Titik kuantum, sebaliknya, adalah bahan ultra-kecil (0.5–9 nanometer) dengan sifat optik yang mematuhi peraturan kimia kuantum dan mekanik kuantum. Ia dipanggil "atom buatan atau molekul buatan" kerana setiap titik kuantum hanya terdiri daripada beberapa hingga ribuan atom atau molekul. Dalam julat saiz ini, tahap tenaga elektron tidak lagi berterusan dan terpisah disebabkan oleh fenomena fizikal yang dikenali sebagai kesan pengurungan kuantum. Dalam kes ini, panjang gelombang cahaya yang dipancarkan akan bergantung pada saiz titik kuantum. Titik kuantum ini juga boleh digunakan dalam fotosintesis buatan kerana kapasiti penyerapan cahaya yang tinggi, keupayaan untuk menghasilkan pelbagai rangsangan dan luas permukaan yang besar.
Kedua-dua MOF dan titik kuantum telah disintesis oleh Green Science Alliance. Sebelum ini, mereka telah berjaya menggunakan komposit titik kuantum MOF untuk menghasilkan asid formik sebagai pemangkin khas untuk fotosintesis buatan. Walau bagaimanapun, pemangkin ini adalah dalam bentuk serbuk dan serbuk pemangkin ini mesti dikumpulkan melalui penapisan dalam setiap proses. Oleh itu, sukar untuk mengaplikasikannya kepada kegunaan perindustrian sebenar kerana proses ini tidak berterusan.
Sebagai tindak balas, Encik Kajino Tetsuro, Encik Iwabayashi Hirohisa, dan Dr. Mori Ryohei dari Green Science Alliance Co., Ltd. menggunakan teknologi mereka untuk melumpuhkan pemangkin fotosintesis buatan khas ini pada fabrik tekstil yang murah dan membuka kilang asid formik baharu. Proses ini boleh dijalankan secara berterusan untuk aplikasi perindustrian praktikal. Selepas selesai tindak balas fotosintesis buatan, air yang mengandungi asid formik boleh dikeluarkan dan diekstrak, dan kemudian air tawar baharu boleh ditambah ke dalam bekas untuk meneruskan penyambungan semula fotosintesis buatan.
Asid formik boleh menggantikan bahan api hidrogen. Salah satu sebab utama yang menghalang penerimaan masyarakat berasaskan hidrogen di seluruh dunia adalah kerana hidrogen, atom terkecil di alam semesta, sukar disimpan, dan ia akan menjadi sangat mahal untuk membina takungan hidrogen yang tertutup rapat. Di samping itu, gas hidrogen boleh menjadi bahan letupan dan menimbulkan bahaya keselamatan. Lebih mudah untuk menyimpan asid formik sebagai bahan api kerana ia adalah cecair. Jika perlu, asid formik boleh memangkinkan tindak balas untuk menghasilkan hidrogen in situ. Di samping itu, asid formik boleh digunakan sebagai bahan mentah untuk pelbagai bahan kimia.
Walaupun kecekapan fotosintesis buatan pada masa ini masih sangat rendah, Green Science Alliance akan terus berjuang untuk meningkatkan kecekapan dan memperkenalkan fotosintesis buatan yang benar-benar digunakan.