कावानिश, जापान, 15 नवंबर, 2022 /पीआरन्यूज़वायर/ — जलवायु परिवर्तन, संसाधनों की कमी, प्रजातियों का विलुप्त होना, प्लास्टिक प्रदूषण और विश्व की जनसंख्या में वृद्धि के कारण होने वाली वनों की कटाई जैसे पर्यावरणीय मुद्दे अधिक गंभीर होते जा रहे हैं।
कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) एक ग्रीनहाउस गैस है और जलवायु परिवर्तन के प्रमुख कारणों में से एक है। इस संदर्भ में, "कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण (कार्बन डाइऑक्साइड का प्रकाश अपचयन)" नामक प्रक्रिया द्वारा पौधों की तरह ही कार्बन डाइऑक्साइड, जल और सौर ऊर्जा से ईंधन और रसायनों के लिए कार्बनिक कच्चे माल का उत्पादन किया जा सकता है। साथ ही, इससे CO2 उत्सर्जन में कमी आती है, जिसका उपयोग ऊर्जा और रासायनिक उत्पादन के लिए कच्चे माल के रूप में किया जाता है। इसलिए, कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण को सबसे उन्नत हरित प्रौद्योगिकियों में से एक माना जाता है।
एमओएफ (धातु-कार्बनिक ढाँचे) अकार्बनिक धातुओं और कार्बनिक लिंकरों के समूहों से बने अतिछिद्रपूर्ण पदार्थ हैं। इन्हें नैनो श्रेणी में आणविक स्तर पर नियंत्रित किया जा सकता है और इनका सतही क्षेत्रफल बहुत अधिक होता है। इन गुणों के कारण, एमओएफ का उपयोग गैस भंडारण, पृथक्करण, धातु अधिशोषण, उत्प्रेरण, औषधि वितरण, जल उपचार, सेंसर, इलेक्ट्रोड, फिल्टर आदि में किया जा सकता है। हाल ही में यह पाया गया है कि एमओएफ में कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) को अवशोषित करने की क्षमता होती है, जिसका उपयोग CO2 के प्रकाश अपचयन (फोटोरिडक्शन) के माध्यम से कार्बनिक पदार्थों के उत्पादन के लिए किया जा सकता है, जिसे कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण भी कहा जाता है।
दूसरी ओर, क्वांटम डॉट्स अत्यंत सूक्ष्म पदार्थ (0.5–9 नैनोमीटर) होते हैं जिनके प्रकाशीय गुण क्वांटम रसायन विज्ञान और क्वांटम यांत्रिकी के नियमों का पालन करते हैं। इन्हें "कृत्रिम परमाणु या कृत्रिम अणु" कहा जाता है क्योंकि प्रत्येक क्वांटम डॉट में कुछ से लेकर हजारों परमाणु या अणु होते हैं। इस आकार सीमा में, इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तर निरंतर नहीं रहते और क्वांटम परिरोधन प्रभाव नामक भौतिक घटना के कारण अलग हो जाते हैं। इस स्थिति में, उत्सर्जित प्रकाश की तरंगदैर्ध्य क्वांटम डॉट के आकार पर निर्भर करती है। उच्च प्रकाश अवशोषण क्षमता, कई एक्सिटॉन उत्पन्न करने की क्षमता और विशाल सतह क्षेत्र के कारण इन क्वांटम डॉट्स का उपयोग कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण में भी किया जा सकता है।
ग्रीन साइंस एलायंस द्वारा एमओएफ और क्वांटम डॉट्स दोनों का संश्लेषण किया गया है। इससे पहले, उन्होंने कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण के लिए एक विशेष उत्प्रेरक के रूप में फॉर्मिक एसिड के उत्पादन में एमओएफ-क्वांटम डॉट कंपोजिट का सफलतापूर्वक उपयोग किया है। हालांकि, ये उत्प्रेरक पाउडर के रूप में हैं और प्रत्येक प्रक्रिया में इन उत्प्रेरक पाउडर को छानकर एकत्र करना आवश्यक है। इसलिए, इन प्रक्रियाओं के निरंतर न होने के कारण इन्हें वास्तविक औद्योगिक उपयोग में लाना कठिन है।
इसके जवाब में, ग्रीन साइंस एलायंस कंपनी लिमिटेड के श्री काजिनो तेत्सुओ, श्री इवाबायशी हिरोहिसा और डॉ. मोरी रयोहेई ने अपनी तकनीक का उपयोग करते हुए इन विशेष कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण उत्प्रेरकों को एक सस्ते कपड़े पर स्थिर किया और एक नया फॉर्मिक एसिड संयंत्र शुरू किया। यह प्रक्रिया व्यावहारिक औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए निरंतर चलाई जा सकती है। कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण अभिक्रिया पूरी होने के बाद, फॉर्मिक एसिड युक्त पानी को निकाला जा सकता है और फिर कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण को पुनः शुरू करने के लिए कंटेनर में ताजा पानी डाला जा सकता है।
फॉर्मिक एसिड हाइड्रोजन ईंधन का विकल्प बन सकता है। हाइड्रोजन आधारित समाज को विश्व स्तर पर अपनाने में बाधा डालने वाले प्रमुख कारणों में से एक यह है कि हाइड्रोजन, जो ब्रह्मांड का सबसे छोटा परमाणु है, का भंडारण करना कठिन है, और हाइड्रोजन का एक अच्छी तरह से सीलबंद भंडार बनाना बहुत महंगा होगा। इसके अलावा, हाइड्रोजन गैस विस्फोटक हो सकती है और सुरक्षा के लिए खतरा पैदा कर सकती है। फॉर्मिक एसिड को ईंधन के रूप में संग्रहित करना बहुत आसान है क्योंकि यह तरल अवस्था में होता है। आवश्यकता पड़ने पर, फॉर्मिक एसिड हाइड्रोजन उत्पादन के लिए अभिक्रिया को उत्प्रेरित कर सकता है। इसके अलावा, फॉर्मिक एसिड का उपयोग विभिन्न रसायनों के लिए कच्चे माल के रूप में किया जा सकता है।
भले ही कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण की दक्षता वर्तमान में बहुत कम है, फिर भी ग्रीन साइंस एलायंस दक्षता बढ़ाने और वास्तव में व्यावहारिक कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण को लागू करने के लिए संघर्ष जारी रखेगा।