કાવાનીશી, જાપાન, ૧૫ નવેમ્બર, ૨૦૨૨ /PRNewswire/ — વસ્તી વિસ્ફોટને કારણે સમગ્ર વિશ્વમાં આબોહવા પરિવર્તન, કુદરતી સંસાધનોનો ઘટાડો, પ્રજાતિઓનો લુપ્તતા, પ્લાસ્ટિક પ્રદૂષણ અને વનનાબૂદી જેવા પર્યાવરણીય મુદ્દાઓ વધુ વકરી રહ્યા છે.
કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (CO2) એ ગ્રીનહાઉસ ગેસ છે અને આબોહવા પરિવર્તનના મુખ્ય કારણોમાંનું એક છે. આ સંદર્ભમાં, "કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણ (CO2 ફોટોરેડક્શન)" તરીકે ઓળખાતી પ્રક્રિયા CO2, પાણી અને સૌર ઊર્જામાંથી ઇંધણ અને રસાયણો માટે કાર્બનિક ફીડસ્ટોક ઉત્પન્ન કરી શકે છે, જેમ છોડ કરે છે. તે જ સમયે, તેઓ CO2 ઉત્સર્જન પણ ઘટાડે છે, કારણ કે CO2 નો ઉપયોગ ઊર્જા અને રાસાયણિક સંસાધનોના ઉત્પાદન માટે ફીડસ્ટોક તરીકે થાય છે. તેથી, કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણને નવીનતમ લીલી તકનીકોમાંની એક માનવામાં આવે છે.
MOFs (મેટલ ઓર્ગેનિક ફ્રેમવર્ક) એ અલ્ટ્રાપોરસ સામગ્રી છે જે અકાર્બનિક ધાતુઓ અને કાર્બનિક લિંકર્સના ક્લસ્ટરોથી બનેલા છે. તેમને નેનોમીટર રેન્જમાં પરમાણુ સ્તરે નિયંત્રિત કરી શકાય છે અને તેમનો સપાટી વિસ્તાર મોટો છે. આ ગુણધર્મોને કારણે, MOFs ગેસ સ્ટોરેજ, સેપરેશન, મેટલ શોષણ, ઉત્પ્રેરક, દવા વિતરણ, પાણી શુદ્ધિકરણ, સેન્સર, ઇલેક્ટ્રોડ, ફિલ્ટર્સ વગેરેમાં લાગુ કરી શકાય છે. તાજેતરમાં, MOFs માં CO2 કેપ્ચર કરવાની ક્ષમતા જોવા મળી છે જે CO2 ને ફોટોરેડ્યુસ કરી શકે છે, એટલે કે, કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણ.
બીજી બાજુ, ક્વોન્ટમ બિંદુઓ અતિ પાતળા પદાર્થો (0.5-9 nm) છે જેમના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો ક્વોન્ટમ રસાયણશાસ્ત્ર અને ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના નિયમોનું પાલન કરે છે. તેમને "કૃત્રિમ પરમાણુઓ અથવા કૃત્રિમ પરમાણુઓ" કહેવામાં આવે છે કારણ કે દરેક ક્વોન્ટમ બિંદુમાં ફક્ત થોડા અથવા થોડા હજાર પરમાણુઓ અથવા પરમાણુઓ હોય છે. આ કદ શ્રેણીમાં, ઇલેક્ટ્રોનના ઊર્જા સ્તર હવે સતત નથી રહેતા અને ક્વોન્ટમ કન્ફાઇનમેન્ટ અસર તરીકે ઓળખાતી ભૌતિક ઘટનાને કારણે અલગ થઈ જાય છે. આ કિસ્સામાં, ઉત્સર્જિત પ્રકાશની તરંગલંબાઇ ક્વોન્ટમ બિંદુઓના કદ પર આધાર રાખે છે. આ ક્વોન્ટમ બિંદુઓ તેમની ઉચ્ચ પ્રકાશ શોષણ ક્ષમતા, બહુવિધ ઉત્તેજના ઉત્પન્ન કરવાની ક્ષમતા અને મોટા સપાટી વિસ્તારને કારણે કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણમાં પણ લાગુ કરી શકાય છે.
ગ્રીન સાયન્સ એલાયન્સ હેઠળ MOF અને ક્વોન્ટમ ડોટ્સ બંનેનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું છે. અગાઉ, તેઓએ કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે ખાસ ઉત્પ્રેરક તરીકે ફોર્મિક એસિડ ઉત્પન્ન કરવા માટે MOF ક્વોન્ટમ ડોટ સંયુક્ત સામગ્રીનો સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ કર્યો છે. જો કે, આ ઉત્પ્રેરક પાવડર સ્વરૂપમાં હોય છે અને આ ઉત્પ્રેરક પાવડર દરેક પ્રક્રિયામાં ગાળણક્રિયા દ્વારા એકત્રિત કરવા આવશ્યક છે. તેથી, આ પ્રક્રિયાઓ સતત ન હોવાથી, વ્યવહારિક ઔદ્યોગિક ઉપયોગ માટે તેનો ઉપયોગ કરવો મુશ્કેલ છે.
જવાબમાં, ગ્રીન સાયન્સ એલાયન્સ કંપની લિમિટેડના શ્રી ટેત્સુરો કાજિનો, શ્રી હિરોહિસા ઇવાબાયાશી અને ડૉ. ર્યોહેઈ મોરીએ તેમની ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને આ ખાસ કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉત્પ્રેરકોને સસ્તા કાપડ શીટ્સ પર સ્થિર કર્યા અને ફોર્મિક એસિડના ઉત્પાદન માટે એક નવી પ્રક્રિયા વિકસાવી. જે ​​વ્યવહારિક ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનોમાં સતત કાર્ય કરી શકે છે. કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણ પ્રતિક્રિયા પૂર્ણ થયા પછી, ફોર્મિક એસિડ ધરાવતું પાણી નિષ્કર્ષણ માટે બહાર કાઢી શકાય છે, અને કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણ સતત ફરી શરૂ કરવા માટે કન્ટેનરમાં નવું તાજું પાણી ઉમેરી શકાય છે.
ફોર્મિક એસિડ હાઇડ્રોજન ઇંધણને બદલી શકે છે. વિશ્વભરમાં હાઇડ્રોજન સમાજના ફેલાવાને રોકવાનું એક મુખ્ય કારણ એ છે કે હાઇડ્રોજન બ્રહ્માંડનો સૌથી નાનો અણુ છે, તેથી તેનો સંગ્રહ કરવો મુશ્કેલ છે, અને ઉચ્ચ સીલિંગ અસર સાથે હાઇડ્રોજન ટાંકીનું ઉત્પાદન ખૂબ ખર્ચાળ હશે. વધુમાં, હાઇડ્રોજન ગેસ વિસ્ફોટક હોઈ શકે છે અને સલામતી માટે જોખમ ઊભું કરી શકે છે. ફોર્મિક એસિડ એક પ્રવાહી હોવાથી, તેને બળતણ તરીકે સંગ્રહિત કરવું સરળ છે. જો જરૂરી હોય તો, ફોર્મિક એસિડનો ઉપયોગ હાઇડ્રોજનના ઉત્પાદનને ઉત્પ્રેરિત કરવા માટે કરી શકાય છે. વધુમાં, ફોર્મિક એસિડનો ઉપયોગ વિવિધ રસાયણો માટે કાચા માલ તરીકે થઈ શકે છે.
કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણની કાર્યક્ષમતા હજુ પણ ઓછી હોવા છતાં, ગ્રીન સાયન્સ એલાયન્સ કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે વ્યવહારુ ઉપયોગો સ્થાપિત કરવા માટે કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવા માટે લડત ચાલુ રાખશે.