Kawanishi, Xapón, 15 de novembro de 2022 /PRNewswire/ — Os problemas ambientais como o cambio climático, o esgotamento dos recursos naturais, a extinción de especies, a contaminación por plásticos e a deforestación están a agravarse en todo o mundo debido a unha explosión demográfica.
O dióxido de carbono (CO2) é un gas de efecto invernadoiro e unha das principais causas do cambio climático. Neste sentido, un proceso coñecido como "fotosíntese artificial (fotorredución de CO2)" pode producir materia prima orgánica para combustibles e produtos químicos a partir de CO2, auga e enerxía solar, do mesmo xeito que fan as plantas. Ao mesmo tempo, tamén reducen as emisións de CO2, xa que o CO2 se utiliza como materia prima para a produción de enerxía e recursos químicos. Polo tanto, a fotosíntese artificial considérase unha das últimas tecnoloxías verdes.
Os MOF (estruturas metálicas orgánicas) son materiais ultraporosos compostos por clústeres de metais inorgánicos e ligantes orgánicos. Pódense controlar a nivel molecular no rango nanométrico e teñen unha 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 capacidade de captura de CO2 que pode ser CO2 fotorreducido, é dicir, fotosíntese artificial.
Os puntos cuánticos, pola súa banda, son materiais ultrafinos (0,5–9 nm) cuxas propiedades ópticas se axustan ás regras da química cuántica e da mecánica cuántica. Chámanse "átomos artificiais 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 dos puntos cuánticos. 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 no marco da Green Science Alliance. Anteriormente, utilizáronse con éxito materiais compostos de puntos cuánticos de 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, dado que estes procesos non son continuos, son difíciles de aplicar para o uso industrial práctico.
En resposta, o Sr. Tetsuro Kajino, o Sr. Hirohisa Iwabayashi e o Dr. Ryohei Mori, de Green Science Alliance Co., Ltd., empregaron a súa tecnoloxía para inmobilizar estes catalizadores especiais da fotosíntese artificial en láminas téxtiles baratas e desenvolveron un novo proceso para a produción de ácido fórmico, que pode funcionar continuamente en aplicacións industriais prácticas. Unha vez completada a reacción da fotosíntese artificial, a auga que contén ácido fórmico pódese extraer e pódese engadir auga fresca ao recipiente para retomar continuamente a fotosíntese artificial.
O ácido fórmico pode substituír o combustible de hidróxeno. Unha das principais razóns que impiden a propagación dunha sociedade do hidróxeno por todo o mundo é que o hidróxeno é o átomo máis pequeno do universo, polo que é difícil almacenalo, e a produción dun tanque de hidróxeno cun alto efecto de selado será moi custosa. Ademais, o gas hidróxeno pode ser explosivo e supoñer un perigo para a seguridade. Dado que o ácido fórmico é un líquido, é máis doado almacenalo como combustible. Se é necesario, o ácido fórmico pódese usar para catalizar a produción de hidróxeno in situ. Ademais, o ácido fórmico pódese usar como materia prima para diversos produtos químicos.
Aínda que a eficiencia da fotosíntese artificial segue sendo baixa, a Green Science Alliance seguirá loitando por melloras na eficiencia para establecer aplicacións prácticas para a fotosíntese artificial.