KAWANISH, Japan, Tachwedd 15, 2022 /PRNewswire/ — Mae materion amgylcheddol fel newid hinsawdd, disbyddu adnoddau, difodiant rhywogaethau, llygredd plastig a datgoedwigo a achosir gan ymchwydd poblogaeth y byd yn dod yn fwyfwy dybryd.
Mae carbon deuocsid (CO2) yn nwy tŷ gwydr ac yn un o brif achosion newid hinsawdd. Yn hyn o beth, gall proses o'r enw "ffotosynthesis artiffisial (ffotoleihau carbon deuocsid)" gynhyrchu deunyddiau crai organig ar gyfer tanwydd a chemegau o garbon deuocsid, dŵr ac ynni solar, fel y mae planhigion yn ei wneud. Ar yr un pryd, maent yn lleihau allyriadau CO2, a ddefnyddir fel deunydd crai ar gyfer cynhyrchu ynni a chemegau. Felly, mae ffotosynthesis artiffisial yn cael ei adnabod fel un o'r technolegau gwyrdd mwyaf datblygedig.
Mae MOFs (fframweithiau metel-organig) yn ddeunyddiau uwchfandyllog sy'n cynnwys clystyrau o fetelau anorganig a chysylltwyr organig. Gellir eu rheoli ar y lefel foleciwlaidd yn yr ystod nano gydag arwynebedd mawr. Oherwydd y priodweddau hyn, gellir defnyddio MOFs mewn storio nwy, gwahanu, amsugno metelau, catalysis, cyflenwi cyffuriau, trin dŵr, synwyryddion, electrodau, hidlwyr, ac ati. Yn ddiweddar, canfuwyd bod gan MOFs y gallu i ddal CO2, y gellir ei ddefnyddio i gynhyrchu sylweddau organig trwy ffotoleihau CO2, a elwir hefyd yn ffotosynthesis artiffisial.
Dotiau cwantwm, ar y llaw arall, yw deunyddiau bach iawn (0.5–9 nanometr) gyda phriodweddau optegol sy'n ufuddhau i reolau cemeg cwantwm a mecaneg cwantwm. Fe'u gelwir yn "atomau artiffisial neu foleciwlau artiffisial" oherwydd bod pob dot cwantwm yn cynnwys dim ond ychydig i filoedd o atomau neu foleciwlau. Yn yr ystod maint hon, nid yw lefelau egni'r electronau bellach yn barhaus ac maent yn cael eu gwahanu oherwydd ffenomen ffisegol a elwir yn effaith cyfyngu cwantwm. Yn yr achos hwn, bydd tonfedd y golau a allyrrir yn dibynnu ar faint y dot cwantwm. Gellir defnyddio'r dotiau cwantwm hyn hefyd mewn ffotosynthesis artiffisial oherwydd eu gallu amsugno golau uchel, eu gallu i gynhyrchu exciton lluosog ac arwynebedd mawr.
Mae MOFs a dotiau cwantwm wedi cael eu syntheseiddio gan y Green Science Alliance. Yn flaenorol, maent wedi defnyddio cyfansoddion MOF-dotiau cwantwm yn llwyddiannus i gynhyrchu asid fformig fel catalydd arbennig ar gyfer ffotosynthesis artiffisial. Fodd bynnag, mae'r catalyddion hyn ar ffurf powdr a rhaid casglu'r powdrau catalydd hyn trwy hidlo ym mhob proses. Felly, mae'n anodd ei gymhwyso i ddefnydd diwydiannol go iawn oherwydd nad yw'r prosesau hyn yn barhaus.
Mewn ymateb, defnyddiodd Mr. Kajino Tetsuro, Mr. Iwabayashi Hirohisa, a Dr. Mori Ryohei o Green Science Alliance Co., Ltd. eu technoleg i atal y catalyddion ffotosynthesis artiffisial arbennig hyn ar ffabrig tecstilau rhad ac agorasant blanhigyn asid fformig newydd. Gellir rhedeg y broses yn barhaus ar gyfer cymwysiadau diwydiannol ymarferol. Ar ôl cwblhau'r adwaith ffotosynthesis artiffisial, gellir tynnu'r dŵr sy'n cynnwys asid fformig allan a'i echdynnu, ac yna gellir ychwanegu dŵr ffres newydd at y cynhwysydd i barhau ag ailddechrau ffotosynthesis artiffisial.
Gall asid fformig ddisodli tanwydd hydrogen. Un o'r prif resymau sy'n atal mabwysiadu cymdeithas sy'n seiliedig ar hydrogen ledled y byd yw bod hydrogen, yr atom lleiaf yn y bydysawd, yn anodd ei storio, a byddai'n ddrud iawn adeiladu cronfa ddŵr o hydrogen wedi'i selio'n dda. Yn ogystal, gall nwy hydrogen fod yn ffrwydrol a pheryglu diogelwch. Mae'n llawer haws storio asidau fformig fel tanwydd oherwydd eu bod yn hylif. Os oes angen, gall asid fformig gataleiddio'r adwaith i gynhyrchu hydrogen in situ. Yn ogystal, gellir defnyddio asid fformig fel deunydd crai ar gyfer amrywiol gemegau.
Hyd yn oed os yw effeithlonrwydd ffotosynthesis artiffisial yn dal yn isel iawn ar hyn o bryd, bydd y Gynghrair Gwyddoniaeth Werdd yn parhau i ymladd i gynyddu effeithlonrwydd a chyflwyno ffotosynthesis artiffisial cymhwysol go iawn.