گروهی از دانشمندان موسسه تحقیقاتی فناوری شیمیایی کره و دانشگاه زنان اوهای سئول، نشان دادند که گرافن می‌تواند نقش یک فتوکاتالیست موثر را در افزایش بازدهی سیستم فتوسنتز مصنوعی ایفا نماید. گرافن به عنوان یک فتوکاتالسیت از نور مرئی برای تحریک واکنش استفاده می‌کند، بدون آنکه خودش درگیر شود.
افزایش بازدهی در سیستم فتوسنتز مصنوعی با کمک گرافن
|
در پژوهش جدیدی، گروهی از دانشمندان از موسسه تحقیقاتی فناوری شیمیایی کره و دانشگاه زنان اوهای سئول، نشان دادند که گرافن می‌تواند نقش یک فتوکاتالیست موثر را در افزایش بازدهی سیستم فتوسنتز مصنوعی ایفا نماید. گرافن به عنوان یک فتوکاتالسیت از نور مرئی برای تحریک واکنش استفاده می‌کند، بدون آنکه خودش درگیر گردد.
به گفته این پژوهشگران، یک فتوکاتالیست خوب در چنین سیستمی باید بتواند در نور مرئی به خوبی عمل نماید زیرا ۴۶درصد از کل انرژی نور خورشید در زمین در محدوده نور مرئی است و فقط ۴درصد از آن در محدوده ماورای بنفش قرار دارد.
شرح این سیستم فتوسنتز مصنوعی با استفاده از فتوکاتالیست گرافنی برای تولید اسید فرمیک از دی اکسید کربن در نور مرئی.
در مطالعات قبلی از کامپوزیت گرافن – نیمه هادی به عنوان فتوکاتالیست استفاده شده بود اما نتایج نشان داد که این مواد سطح انتقال الکترون پایینی دارند و در نتیجه بازدهی آنها پایین خواهد بود. این پژوهشگران در مطالعه جدید خود از خود گرافن به عنوان فتوکاتالست استفاده نمودند که آن نیز با آنزیم پورفیرین جفت می‌گردد. آنها نشان دادند که این ماده می‌تواند نور خورشید و دی اکسید کربن را به اسید فرمیک تبدیل نماید. اسید فرمیک ماده‌ای شیمیایی است که در صنایع پلاستیک و نیز به عنوان سوخت در پیل‌های سوختی کاربرد دارد.
آزمایش‌ها نشان داده که این فتوکاتالیست بر پایه گرافن در محدوده نور مرئی بسیار موثر بوده و بازدهی کلی آن نیز بطور قابل‌ملاحظه‌ای بالاتر از سایر فتوکاتالیست‌ها است. جین اوک بااِگ یکی از این پژوهشگران در موسسه تحقیقاتی فناوری شیمیایی می‌گوید: «این سیستم فتوکاتالیست – آنزیم یکی از ایده‌آل‌ترین سیستم‌های فتوسنتز مصنوعی است که انرژی خورشیدی را برای تولید انواع مواد شیمیایی و سوخت‌ها مورد استفاده قرار می‌دهد. برای استفاده عملی از فرآیند فتوسنتز مصنوعی در این زیست‌راکتور نوری یکی از چالش‌برانگیزترین مسایل، پیدا کردن ماده فعالی است که بیشترین بازدهی را در مقابل نور مرئی داشته و در سیستم بازتولید NADH بعنوان فتوکاتالیست عمل نموده و مواد شیمیایی و سوخت‌ها را از CO2 با استفاده از نور و آنزیم تولید کند. به عنوان یکی از مراحل دستیابی یه این هدف، سنتز یک فتوکاتالیست جدید از مواد فعال در نور مرئی با پایه گرافن را در یک سیستم فوتو – زیست‌راکتور برای تولید موثر اسید فرمیک از CO2 به روش فتوسنتز مصنوعی گزارش کردیم.»
این پژوهشگران برای درک منشاء فعالیت این فتوکاتالست پیشرفته، فتوکاتالیست را توسط روش‌های طیف‌نگاری، تجزیه حرارتی و میکروسکوپی مورد بررسی قرار دادند. آنها دریافتند که این مواد توانایی خوبی در رسانایی الکترون دارند و سطوح بزرگ گرافن در شتاب بخشیدن به واکنش‌ها در فرآیند تبدیل موثر است. قابلیت تولید مستقیم سوخت نوری از CO2 تنها در پیل‌های سوختی و پلاستیک‌ها دارای کاربرد نیست و در صنایع دارویی نیز دارای کاربرد است.
این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Journal of the American Chemical Society منتشر کرده‌اند. |
