KAWANISH, Xapón, 15 de novembro de 2022 /PRNewswire/ — Os problemas ambientais como o cambio climático, o esgotamento dos recursos, a extinción de especies, a contaminación por plásticos e a deforestación causadas polo aumento da poboación mundial son cada vez máis urxentes.
O dióxido de carbono (CO2) é un gas de efecto invernadoiro e unha das principais causas do cambio climático. Neste sentido, un proceso chamado "fotosíntese artificial (fotorredución do dióxido de carbono)" pode producir materias primas orgánicas para combustible e produtos químicos a partir de dióxido de carbono, auga e enerxía solar, como fan as plantas. Ao mesmo tempo, reducen as emisións de CO2, que se utilizan como materia prima para a produción de enerxía e produtos químicos. Polo tanto, a fotosíntese artificial coñécese como unha das tecnoloxías verdes máis avanzadas.
Os MOF (estruturas metalorgánicas) son materiais superporosos compostos por clústeres de metais inorgánicos e ligantes orgánicos. Pódense controlar a nivel molecular no rango nanométrico cunha gran área superficial. Debido a estas propiedades, os MOF pódense aplicar no almacenamento de gases, separación, adsorción de metais, catálise, administración de fármacos, tratamento de augas, sensores, eléctrodos, filtros, etc. Recentemente, descubriuse que os MOF teñen a capacidade de capturar CO2, que se pode usar para producir substancias orgánicas mediante a fotorredución de CO2, tamén coñecida como fotosíntese artificial.
Os puntos cuánticos, pola súa banda, son materiais ultradiminutos (de 0,5 a 9 nanómetros) con propiedades ópticas que obedecen as regras da química cuántica e da mecánica cuántica. Chámanse "átomos ou moléculas artificiais" porque cada punto cuántico consta só duns poucos ou miles de átomos ou moléculas. Neste rango de tamaño, os niveis de enerxía dos electróns xa non son continuos e sepáranse debido a un fenómeno físico coñecido como efecto de confinamento cuántico. Neste caso, a lonxitude de onda da luz emitida dependerá do tamaño do punto cuántico. Estes puntos cuánticos tamén se poden aplicar na fotosíntese artificial debido á súa alta capacidade de absorción de luz, á súa capacidade de xerar múltiples excitóns e á súa gran superficie.
Tanto os MOF como os puntos cuánticos foron sintetizados pola Green Science Alliance. Anteriormente, empregaron con éxito compostos de puntos cuánticos e MOF para producir ácido fórmico como catalizador especial para a fotosíntese artificial. Non obstante, estes catalizadores están en forma de po e estes pos catalizadores deben recollerse por filtración en cada proceso. Polo tanto, é difícil aplicalos a un uso industrial real porque estes procesos non son continuos.
En resposta, o Sr. Kajino Tetsuro, o Sr. Iwabayashi Hirohisa e o Dr. Mori Ryohei de Green Science Alliance Co., Ltd. empregaron a súa tecnoloxía para inmobilizar estes catalizadores especiais da fotosíntese artificial nun tecido téxtil barato e abriron unha nova planta de ácido fórmico. O proceso pódese executar de forma continua para aplicacións industriais prácticas. Unha vez completada a reacción da fotosíntese artificial, a auga que contén ácido fórmico pódese retirar e extraer, e despois pódese engadir auga fresca ao recipiente para continuar coa reanudación da fotosíntese artificial.
O ácido fórmico pode substituír o combustible de hidróxeno. Unha das principais razóns que frean a adopción mundial dunha sociedade baseada no hidróxeno é que o hidróxeno, o átomo máis pequeno do universo, é difícil de almacenar e sería moi caro construír un depósito de hidróxeno ben selado. Ademais, o gas hidróxeno pode ser explosivo e supoñer un perigo para a seguridade. É moito máis doado almacenar os ácidos fórmicos como combustible porque son líquidos. Se é necesario, o ácido fórmico pode catalizar a reacción para producir hidróxeno in situ. Ademais, o ácido fórmico pódese usar como materia prima para diversos produtos químicos.
Mesmo se a eficiencia da fotosíntese artificial segue sendo moi baixa na actualidade, a Green Science Alliance seguirá loitando para aumentar a eficiencia e introducir unha fotosíntese artificial verdadeiramente aplicada.