कावानिशी, जपान, १५ नोव्हेंबर २०२२ /पीआरन्यूजवायर/ — लोकसंख्या स्फोटामुळे जगभरात हवामान बदल, नैसर्गिक संसाधनांचा ऱ्हास, प्रजाती नष्ट होणे, प्लास्टिक प्रदूषण आणि जंगलतोड यासारख्या पर्यावरणीय समस्या वाढत आहेत.
कार्बन डायऑक्साइड (CO2) हा हरितगृह वायू आहे आणि हवामान बदलाच्या मुख्य कारणांपैकी एक आहे. या संदर्भात, "कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण (CO2 फोटोरिडक्शन)" म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या प्रक्रियेद्वारे वनस्पतींप्रमाणेच CO2, पाणी आणि सौरऊर्जेपासून इंधन आणि रसायनांसाठी सेंद्रिय कच्चा माल तयार केला जाऊ शकतो. त्याच वेळी, ते CO2 उत्सर्जन देखील कमी करतात, कारण CO2 ऊर्जा आणि रासायनिक संसाधनांच्या निर्मितीसाठी कच्चा माल म्हणून वापरला जातो. म्हणूनच, कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण हे नवीनतम हरित तंत्रज्ञानांपैकी एक मानले जाते.
MOFs (मेटल ऑरगॅनिक फ्रेमवर्क्स) हे अजैविक धातू आणि सेंद्रिय लिंकर्सच्या समूहांपासून बनलेले अति-छिद्रयुक्त पदार्थ आहेत. ते नॅनोमीटर श्रेणीमध्ये आण्विक पातळीवर नियंत्रित केले जाऊ शकतात आणि त्यांचे पृष्ठभाग क्षेत्रफळ मोठे आहे. या गुणधर्मांमुळे, MOFs गॅस स्टोरेज, पृथक्करण, धातू शोषण, उत्प्रेरक, औषध वितरण, पाणी प्रक्रिया, सेन्सर्स, इलेक्ट्रोड, फिल्टर इत्यादींमध्ये लागू केले जाऊ शकतात. अलीकडे, MOFs मध्ये CO2 कॅप्चर करण्याची क्षमता असल्याचे आढळून आले आहे ज्यामुळे CO2, म्हणजेच कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषणाचे फोटोकमी केले जाऊ शकते.
दुसरीकडे, क्वांटम डॉट्स हे अतिपातळ पदार्थ (०.५-९ एनएम) आहेत ज्यांचे ऑप्टिकल गुणधर्म क्वांटम केमिस्ट्री आणि क्वांटम मेकॅनिक्सच्या नियमांशी सुसंगत आहेत. त्यांना "कृत्रिम अणू किंवा कृत्रिम रेणू" म्हणतात कारण प्रत्येक क्वांटम डॉटमध्ये फक्त काही किंवा काही हजार अणू किंवा रेणू असतात. या आकार श्रेणीमध्ये, इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा पातळी आता सतत राहत नाही आणि क्वांटम कॉन्फिनमेंट इफेक्ट म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या भौतिक घटनेमुळे वेगळे होतात. या प्रकरणात, उत्सर्जित प्रकाशाची तरंगलांबी क्वांटम डॉट्सच्या आकारावर अवलंबून असेल. हे क्वांटम डॉट्स त्यांच्या उच्च प्रकाश शोषण क्षमता, एकाधिक उत्सर्जन निर्माण करण्याची क्षमता आणि मोठ्या पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळामुळे कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषणात देखील लागू केले जाऊ शकतात.
ग्रीन सायन्स अलायन्स अंतर्गत एमओएफ आणि क्वांटम डॉट्स दोन्ही संश्लेषित केले गेले आहेत. यापूर्वी, त्यांनी कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषणासाठी विशेष उत्प्रेरक म्हणून फॉर्मिक अॅसिड तयार करण्यासाठी एमओएफ क्वांटम डॉट कंपोझिट मटेरियलचा यशस्वीरित्या वापर केला आहे. तथापि, हे उत्प्रेरक पावडर स्वरूपात आहेत आणि प्रत्येक प्रक्रियेत गाळणीद्वारे हे उत्प्रेरक पावडर गोळा करावे लागतात. म्हणून, या प्रक्रिया सतत नसल्यामुळे, व्यावहारिक औद्योगिक वापरासाठी त्यांचा वापर करणे कठीण आहे.
प्रतिसादात, ग्रीन सायन्स अलायन्स कंपनी लिमिटेडचे ​​श्री. तेत्सुरो काजिनो, श्री. हिरोहिसा इवाबायाशी आणि डॉ. रयोहेई मोरी यांनी त्यांच्या तंत्रज्ञानाचा वापर करून स्वस्त कापडाच्या चादरींवर या विशेष कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण उत्प्रेरकांना स्थिर केले आणि फॉर्मिक अॅसिडच्या उत्पादनासाठी एक नवीन प्रक्रिया विकसित केली. जी व्यावहारिक औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये सतत कार्य करू शकते. कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण अभिक्रिया पूर्ण झाल्यानंतर, फॉर्मिक अॅसिड असलेले पाणी काढण्यासाठी बाहेर काढले जाऊ शकते आणि कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण सतत सुरू करण्यासाठी नवीन ताजे पाणी कंटेनरमध्ये परत जोडले जाऊ शकते.
फॉर्मिक अॅसिड हायड्रोजन इंधनाची जागा घेऊ शकते. जगभरात हायड्रोजन सोसायटीचा प्रसार रोखण्याचे एक मुख्य कारण म्हणजे हायड्रोजन हा विश्वातील सर्वात लहान अणू आहे, म्हणून तो साठवणे कठीण आहे आणि उच्च सीलिंग प्रभाव असलेल्या हायड्रोजन टाकीचे उत्पादन खूप महाग असेल. याव्यतिरिक्त, हायड्रोजन वायू स्फोटक असू शकतो आणि सुरक्षिततेसाठी धोका निर्माण करू शकतो. फॉर्मिक अॅसिड हे द्रव असल्याने, ते इंधन म्हणून साठवणे सोपे आहे. आवश्यक असल्यास, फॉर्मिक अॅसिडचा वापर स्थितीत हायड्रोजनचे उत्पादन उत्प्रेरक करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. याव्यतिरिक्त, फॉर्मिक अॅसिड विविध रसायनांसाठी कच्चा माल म्हणून वापरता येतो.
कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषणाची कार्यक्षमता अजूनही कमी असली तरी, कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषणासाठी व्यावहारिक अनुप्रयोग स्थापित करण्यासाठी ग्रीन सायन्स अलायन्स कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी लढत राहील.