Kawanishi, Jepun, 15 Nov. 2022 /PRNewswire/ — Isu-isu alam sekitar seperti perubahan iklim, kekurangan sumber asli, kepupusan spesies, pencemaran plastik dan penebangan hutan semakin memburukkan lagi keadaan di seluruh dunia disebabkan oleh ledakan populasi.
Karbon dioksida (CO2) ialah gas rumah hijau dan salah satu punca utama perubahan iklim. Dalam hal ini, proses yang dikenali sebagai "fotosintesis buatan (fotoreduksi CO2)" boleh menghasilkan bahan mentah organik untuk bahan api dan bahan kimia daripada CO2, air dan tenaga suria, sama seperti tumbuhan. Pada masa yang sama, ia juga mengurangkan pelepasan CO2, memandangkan CO2 digunakan sebagai bahan mentah untuk penghasilan tenaga dan sumber kimia. Oleh itu, fotosintesis buatan dianggap sebagai salah satu teknologi hijau terkini.
MOF (Kerangka Kerja Organik Logam) ialah bahan ultraporis yang terdiri daripada kelompok logam bukan organik dan penghubung organik. Ia boleh dikawal pada peringkat molekul dalam julat nanometer dan mempunyai 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. Baru-baru ini, MOF didapati mempunyai keupayaan menangkap CO2 yang boleh mengurangkan CO2 secara fotoreduksi, iaitu fotosintesis buatan.
Titik kuantum, sebaliknya, adalah bahan ultra nipis (0.5–9 nm) yang sifat optiknya mematuhi peraturan kimia kuantum dan mekanik kuantum. Ia dipanggil "atom buatan atau molekul buatan" kerana setiap titik kuantum hanya terdiri daripada beberapa atau beberapa ribu 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 exciton dan luas permukaan yang besar.
Kedua-dua MOF dan titik kuantum telah disintesis di bawah Green Science Alliance. Sebelum ini, mereka telah berjaya menggunakan bahan 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, memandangkan proses ini tidak berterusan, ia sukar untuk digunakan untuk kegunaan industri praktikal.
Sebagai tindak balas, Encik Tetsuro Kajino, Encik Hirohisa Iwabayashi, dan Dr. Ryohei Mori dari Green Science Alliance Co., Ltd. menggunakan teknologi mereka untuk melumpuhkan pemangkin fotosintesis buatan khas ini pada helaian tekstil yang murah dan membangunkan proses baharu untuk penghasilan asid formik yang boleh beroperasi secara berterusan dalam aplikasi perindustrian praktikal. Selepas selesai tindak balas fotosintesis buatan, air yang mengandungi asid formik boleh dikeluarkan untuk pengekstrakan, dan air tawar baharu boleh ditambah kembali ke dalam bekas untuk meneruskan fotosintesis buatan secara berterusan.
Asid formik boleh menggantikan bahan api hidrogen. Salah satu sebab utama yang menghalang penyebaran masyarakat hidrogen ke seluruh dunia adalah kerana hidrogen merupakan atom terkecil di alam semesta, jadi sukar untuk menyimpannya, dan penghasilan tangki hidrogen dengan kesan pengedap yang tinggi akan menjadi sangat mahal. Di samping itu, gas hidrogen boleh menjadi bahan letupan dan menimbulkan bahaya keselamatan. Memandangkan asid formik adalah cecair, ia lebih mudah disimpan sebagai bahan api. Jika perlu, asid formik boleh digunakan untuk memangkinkan penghasilan hidrogen in situ. Di samping itu, asid formik boleh digunakan sebagai bahan mentah untuk pelbagai bahan kimia.
Walaupun kecekapan fotosintesis buatan masih rendah, Green Science Alliance akan terus memperjuangkan penambahbaikan kecekapan bagi mewujudkan aplikasi praktikal untuk fotosintesis buatan.