Kawanishi, Yaponiya, 2022-yil 15-noyabr /PRNewswire/ — Aholi sonining ko'payishi tufayli dunyo bo'ylab iqlim o'zgarishi, tabiiy resurslarning kamayishi, turlarning yo'q bo'lib ketishi, plastik ifloslanish va o'rmonlarning kesilishi kabi ekologik muammolar yanada kuchaymoqda.
Karbonat angidrid (CO2) issiqxona gazi bo'lib, iqlim o'zgarishining asosiy sabablaridan biridir. Shu nuqtai nazardan, "sun'iy fotosintez (CO2 fotoreduksiyasi)" deb nomlanuvchi jarayon o'simliklar singari CO2, suv va quyosh energiyasidan yoqilg'i va kimyoviy moddalar uchun organik xom ashyo ishlab chiqarishi mumkin. Shu bilan birga, ular CO2 chiqindilarini ham kamaytiradi, chunki CO2 energiya va kimyoviy resurslarni ishlab chiqarish uchun xom ashyo sifatida ishlatiladi. Shuning uchun sun'iy fotosintez eng so'nggi yashil texnologiyalardan biri hisoblanadi.
MOFlar (Metal Organik Frameworklar) noorganik metallar klasterlari va organik bog'lovchilardan tashkil topgan ultrag'ovak materiallardir. Ular nanometr oralig'ida molekulyar darajada boshqarilishi mumkin va katta sirt maydoniga ega. Ushbu xususiyatlar tufayli MOFlar gazni saqlash, ajratish, metall adsorbsiyasi, kataliz, dori vositalarini yetkazib berish, suvni tozalash, sensorlar, elektrodlar, filtrlar va boshqalarda qo'llanilishi mumkin. Yaqinda MOFlar CO2 ni fotoreduksiya qilish, ya'ni sun'iy fotosintez qilish mumkin bo'lgan CO2 ni ushlash qobiliyatiga ega ekanligi aniqlandi.
Kvant nuqtalari esa, optik xususiyatlari kvant kimyosi va kvant mexanikasi qoidalariga mos keladigan juda yupqa materiallar (0,5–9 nm). Ular "sun'iy atomlar yoki sun'iy molekulalar" deb ataladi, chunki har bir kvant nuqtasi bir necha yoki bir necha ming atom yoki molekuladan iborat. Bu o'lcham oralig'ida elektronlarning energiya darajalari endi uzluksiz bo'lmaydi va kvant cheklash effekti deb nomlanuvchi fizik hodisa tufayli ajraladi. Bu holda, chiqarilgan yorug'likning to'lqin uzunligi kvant nuqtalarining o'lchamiga bog'liq bo'ladi. Bu kvant nuqtalari yuqori yorug'likni yutish qobiliyati, bir nechta qo'zg'alish hosil qilish qobiliyati va katta sirt maydoni tufayli sun'iy fotosintezda ham qo'llanilishi mumkin.
MOFlar ham, kvant nuqtalari ham Yashil fanlar alyansi doirasida sintez qilingan. Ilgari ular sun'iy fotosintez uchun maxsus katalizator sifatida chumoli kislotasini ishlab chiqarish uchun MOF kvant nuqta kompozit materiallaridan muvaffaqiyatli foydalanganlar. Biroq, bu katalizatorlar kukun shaklida bo'ladi va bu katalizator kukunlari har bir jarayonda filtrlash orqali to'planishi kerak. Shuning uchun, bu jarayonlar uzluksiz bo'lmaganligi sababli, ularni amaliy sanoat maqsadlarida qo'llash qiyin.
Bunga javoban, Green Science Alliance Co., Ltd kompaniyasidan janob Tetsuro Kajino, janob Xirohisa Ivabayashi va doktor Ryohei Mori o'z texnologiyalaridan foydalanib, ushbu maxsus sun'iy fotosintez katalizatorlarini arzon to'qimachilik choyshablariga immobilizatsiya qilishdi va amaliy sanoat qo'llanmalarida uzluksiz ishlashi mumkin bo'lgan chumoli kislotasini ishlab chiqarish uchun yangi jarayonni ishlab chiqdilar. Sun'iy fotosintez reaksiyasi tugagandan so'ng, chumoli kislotasini o'z ichiga olgan suvni ekstraksiya qilish uchun olib chiqish mumkin va sun'iy fotosintezni doimiy ravishda qayta tiklash uchun idishga yangi toza suv qo'shish mumkin.
Chumoli kislotasi vodorod yoqilg'isini almashtirishi mumkin. Vodorod jamiyatining butun dunyo bo'ylab tarqalishining oldini olishning asosiy sabablaridan biri shundaki, vodorod koinotdagi eng kichik atomdir, shuning uchun uni saqlash qiyin va yuqori muhrlash effektiga ega vodorod bakini ishlab chiqarish juda qimmatga tushadi. Bundan tashqari, vodorod gazi portlovchi bo'lishi va xavfsizlik uchun xavf tug'dirishi mumkin. Chumoli kislotasi suyuqlik bo'lgani uchun uni yoqilg'i sifatida saqlash osonroq. Agar kerak bo'lsa, chumoli kislotasi vodorod ishlab chiqarishni joyida katalizlash uchun ishlatilishi mumkin. Bundan tashqari, chumoli kislotasi turli xil kimyoviy moddalar uchun xom ashyo sifatida ishlatilishi mumkin.
Sun'iy fotosintezning samaradorligi hali ham past bo'lsa-da, Yashil fanlar alyansi sun'iy fotosintezning amaliy qo'llanilishini yo'lga qo'yish uchun samaradorlikni oshirish uchun kurashishda davom etadi.