कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण की सस्ती विधि का आविष्कार किया

कई वर्षों से, वैज्ञानिक आर्थिक रूप से व्यवहार्य कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण की समस्या से जूझ रहे हैं। लक्ष्य रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए सूरज की रोशनी की मुफ्त ऊर्जा का प्रभावी ढंग से उपयोग करना है। अब तक, इस उद्देश्य के लिए उच्च-ऊर्जा पराबैंगनी किरणों का उपयोग करना संभव हो गया है, लेकिन वे सूर्य के प्रकाश के स्पेक्ट्रम का केवल 4% बनाते हैं। स्पेक्ट्रम के अन्य हिस्सों के लिए, अभी तक केवल कुछ प्रभावी सामग्री पाई गई हैं, लेकिन उन्हें महंगे एडिटिव्स की आवश्यकता होती है: प्लैटिनम ($ 31 प्रति ग्राम), रेनियम ($ 1000 प्रति ग्राम) या इरिडियम ($ 35 प्रति ग्राम)।

सेंट्रल फ्लोरिडा विश्वविद्यालय से रसायन विज्ञान के प्रोफेसर फर्नांडो उरीबे-रोमो और उनके छात्रों ने एक नई सिंथेटिक सामग्री विकसित की है जो प्रकाश के फोटॉन के प्रभाव में सीओ ₂ को ईंधन में परिवर्तित करती है। ऐसी सामग्री एक साथ दो समस्याओं को हल करती है: यह ग्रीनहाउस गैस की मात्रा को कम करती है और "पर्यावरण के अनुकूल" ईंधन प्रदान करती है। और सबसे महत्वपूर्ण बात, इसके निर्माण के लिए कीमती धातुओं की आवश्यकता नहीं है! यह टाइटेनियम का उपयोग करता है, जो किलोग्राम में बेचा जाता है - यह प्लैटिनम या इरिडियम की तुलना में लगभग एक हजार गुना सस्ता है।

सिंथेटिक सामग्री एक धातु-कार्बनिक फ्रेमवर्क (धातु - कार्बनिक रूपरेखा, MOF) है। वैसे, Zr ₆ O ₄ (OH) ₄ (stearyl fumarate) ₆ ] से समान MOFs का उपयोग हवा से पानी को संघनित करने के लिए किया जाता है, केवल सूर्य के प्रकाश का उपयोग करके। यहां तक ​​कि सूखे रेगिस्तान में भी कल्पना कीजिए कि आप सड़क पर एक खाली बोतल डालते हैं - और यह स्वयं पानी से भर जाता है।

नीचे दिया गया चित्रण कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण के लिए MOF MIL-125 धातु-कार्बनिक क्रिस्टल की क्रिस्टल संरचना को दर्शाता है।



इस मामले में, धातु-कार्बनिक संरचनाएं ऊर्जा के लिए प्रकाश फोटॉन का उपयोग करती हैं, लेकिन वे उत्पादन में हानिरहित कार्बनिक पदार्थों का उत्पादन करते हैं - जैसे कि पौधे प्राकृतिक प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में अपने लिए भोजन और निर्माण सामग्री का उत्पादन करते हैं। सौर ऊर्जा को N-alkyl-2-aminoterephthalates नामक अणुओं द्वारा एकत्र किया जाता है। वैज्ञानिक कार्य के लेखकों का तर्क है कि स्पेक्ट्रम के विशिष्ट भागों पर प्रतिक्रिया करने के लिए अणुओं को संशोधित किया जा सकता है। इस मामले में, नीले रंग की प्रतिक्रिया का उपयोग किया गया था। परीक्षण में, सामग्री को नीले एल ई डी के साथ विकिरणित किया गया था।


Photoreactor। फोटो: सेंट्रल फ्लोरिडा विश्वविद्यालय

कार्बन डाइऑक्साइड को एक शक्तिशाली एलईडी बैकलाइट के साथ "फोटोरिक्टर" के रूप में पंप किया गया था। एमओएफ में प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप, कार्बन डाइऑक्साइड को फॉर्मेट्स और फॉर्मैमाइड में परिवर्तित किया गया था। फॉर्मिक एसिड लवण हैं, और फॉर्मैमाइड फॉर्मिक एसिड एमाइड हैं। यह एक प्रकार का सौर ईंधन है।

फर्नांडो उरीबे-रोमो अनुसंधान जारी रखने जा रहा है: वह विभिन्न तरंग दैर्ध्य में कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण की प्रभावशीलता का अध्ययन करना चाहता है, साथ ही साथ कार्बन डाइऑक्साइड की उच्च एकाग्रता पर, जहां प्रकाश संश्लेषण की प्रभावशीलता बढ़नी चाहिए। प्रोफेसर का कहना है कि यदि प्रक्रिया कुशलता से काम करती है, तो यह सामग्री वायुमंडल में ग्रीनहाउस गैसों के स्तर को कम करने में मदद करेगी और ईंधन के उत्पादन के लिए स्वच्छ तरीके से काम करेगी। "यह काम एक सफलता है," लेखक कहते हैं। "प्रकाश के एक विशिष्ट स्पेक्ट्रम को अवशोषित करने के लिए सामग्री बनाना वैज्ञानिक रूप से बहुत मुश्किल है, लेकिन सामाजिक दृष्टिकोण से, हम एक ऐसी तकनीक विकसित करने में मदद कर रहे हैं जो ग्रीनहाउस गैस के स्तर को कम कर सकती है।"


प्रोफेसर फर्नांडो उरीबे-रोमियो। फोटो: सेंट्रल फ्लोरिडा विश्वविद्यालय

हो सकता है कि भविष्य में वे एक नए प्रकार के बिजली संयंत्रों का निर्माण शुरू करें - पूरे संयंत्र जो बड़ी मात्रा में वातावरण से कार्बन डाइऑक्साइड को चूसना शुरू करेंगे और ईंधन का उत्पादन करेंगे। आप सीओ ₂ की कमी के बारे में चिंता नहीं कर सकते हैं - इसके लिए बनाना बेहद सरल है, इसलिए पृथ्वी पर हरे पौधों के लिए हमेशा जीवन के लिए पर्याप्त सामग्री होगी।


बाईं ओर CO ₂ (273 K) के अवशोषण समस्थानिक हैं, दाईं ओर अवशोषण के थैलेपीस का अंतर है

प्रोफेसर भी कल्पना करते हैं कि भविष्य में लोग ऐसे धातु-कार्बनिक पदार्थों के साथ घरों की छतों को कवर करेंगे, जिससे घर के लिए ऊर्जा पैदा होगी और यार्ड में हवा को शुद्ध किया जाएगा।

वैज्ञानिक कार्य 7 अप्रैल, 2017 को जर्नल ऑफ मैटेरियल्स केमिस्ट्री ए (doi: 10.1039 / C7TA00437K, pdf ) में प्रकाशित हुआ था।