Kawanishi, Japan, Tachwedd 15, 2022 /PRNewswire/ — Mae problemau amgylcheddol fel newid hinsawdd, disbyddu adnoddau naturiol, difodiant rhywogaethau, llygredd plastig a datgoedwigo yn gwaethygu ledled y byd oherwydd ffrwydrad poblogaeth.
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 (ffotoleihad CO2)" gynhyrchu deunydd crai organig ar gyfer tanwyddau a chemegau o CO2, dŵr ac ynni solar, yn union fel y mae planhigion yn ei wneud. Ar yr un pryd, maent hefyd yn lleihau allyriadau CO2, gan fod CO2 yn cael ei ddefnyddio fel deunydd crai ar gyfer cynhyrchu ynni ac adnoddau cemegol. Felly, ystyrir ffotosynthesis artiffisial yn un o'r technolegau gwyrdd diweddaraf.
Mae MOFs (Fframweithiau Organig Metel) yn ddeunyddiau uwchfandyllog sy'n cynnwys clystyrau o fetelau anorganig a chysylltwyr organig. Gellir eu rheoli ar y lefel foleciwlaidd yn yr ystod nanometr ac mae ganddynt 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 ffotoleihau â CO2, hynny yw, ffotosynthesis artiffisial.
Dotiau cwantwm, ar y llaw arall, yw deunyddiau ultradenau (0.5–9 nm) y mae eu priodweddau optegol yn cydymffurfio â rheolau cemeg cwantwm a mecaneg cwantwm. Fe'u gelwir yn "atomau artiffisial neu foleciwlau artiffisial" oherwydd dim ond ychydig neu ychydig filoedd o atomau neu foleciwlau sydd ym mhob dot cwantwm. 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 dotiau 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'u syntheseiddio o dan y Green Science Alliance. Yn flaenorol, maent wedi defnyddio deunyddiau cyfansawdd dotiau cwantwm MOF 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, gan nad yw'r prosesau hyn yn barhaus, maent yn anodd eu defnyddio ar gyfer defnydd diwydiannol ymarferol.
Mewn ymateb, defnyddiodd Mr. Tetsuro Kajino, Mr. Hirohisa Iwabayashi, a Dr. Ryohei Mori o Green Science Alliance Co., Ltd. eu technoleg i atal y catalyddion ffotosynthesis artiffisial arbennig hyn rhag symud ar ddalennau tecstilau rhad a datblygu proses newydd ar gyfer cynhyrchu asid fformig, a all weithredu'n barhaus mewn cymwysiadau diwydiannol ymarferol. Ar ôl cwblhau'r adwaith ffotosynthesis artiffisial, gellir tynnu'r dŵr sy'n cynnwys asid fformig allan i'w echdynnu, a gellir ychwanegu dŵr ffres newydd yn ôl i'r cynhwysydd i ailddechrau ffotosynthesis artiffisial yn barhaus.
Gall asid fformig ddisodli tanwydd hydrogen. Un o'r prif resymau sy'n atal lledaeniad cymdeithas hydrogen ledled y byd yw mai hydrogen yw'r atom lleiaf yn y bydysawd, felly mae'n anodd ei storio, a bydd cynhyrchu tanc hydrogen gydag effaith selio uchel yn ddrud iawn. Yn ogystal, gall nwy hydrogen fod yn ffrwydrol a pheryglu diogelwch. Gan fod asid fformig yn hylif, mae'n haws ei storio fel tanwydd. Os oes angen, gellir defnyddio asid fformig i gataleiddio cynhyrchu hydrogen in situ. Yn ogystal, gellir defnyddio asid fformig fel deunydd crai ar gyfer amrywiol gemegau.
Er bod effeithlonrwydd ffotosynthesis artiffisial yn dal yn isel, bydd y Gynghrair Gwyddoniaeth Werdd yn parhau i ymladd dros welliannau effeithlonrwydd i sefydlu cymwysiadau ymarferol ar gyfer ffotosynthesis artiffisial.