Çin’den ışıkla hidrojen peroksit üreten nanoreaktör

Yeşil kimya ve yenilenebilir enerji alanlarında üretim maliyetlerini azaltmaya yönelik yeni bir nano mühendislik yöntemi geliştirildi. Çin Bilimler Akademisi Dalian Kimyasal Fizik Enstitüsü’nden Profesör Can Li ile İç Moğolistan Üniversitesi’nden Jian Liu liderliğindeki araştırma ekibi, hücresel biyoloji ile nanoteknolojiyi bir araya getirerek içi boş, nano ölçekli bir reaktör tasarladı. Canlı hücrelerin kimyasal tepkimeleri kontrol etme biçimini yapay bir malzeme üzerinde yeniden oluşturan CdS@polidopamin nanoreaktörü, görünür ışık altında su ve oksijeni doğrudan hidrojen peroksite dönüştürüyor. Amerikan Kimya Derneği Dergisi’nde yayımlanan çalışma, yapay fotosentez yoluyla endüstriyel kimyasal üretiminde hidrokarbon kullanımını azaltmayı hedefliyor.

HÜCRESEL TAKLİT

Nanoreaktörün çalışma prensibi, canlı hücrelerdeki reaksiyon yönetimini nano ölçekte taklit eden bir yapıya dayanıyor. Polidopamin kabuğun içindeki katekol ve o-benzokinon redoks çifti proton transferini hızlandırırken, gözenekli dış yüzey ışığın yakalanmasını ve maddelerin yapı içinde hareketini kolaylaştırıyor. Bu mimari, kimyasal tepkimelerin kontrollü ve daha hızlı biçimde ilerlemesini sağlıyor.

Görünür ışık altında sulu çözeltiyle yapılan testlerde sistem, gram-saat başına 3,24 milimol hidrojen peroksit üretim hızına ulaştı. Z-şemalı heterobağlantı mimarisi, güneş enerjisinin yüzde 1,2’sini doğrudan kimyasal enerjiye dönüştürdü. Geleneksel termokimyasal yöntemlerde ihtiyaç duyulan yüksek elektrik tüketimi ve hammadde kullanımı bu süreçte ortadan kaldırılıyor.

GERİ DÖNÜŞÜMLÜ YAPI

Araştırmacılar, geliştirdikleri malzemeyi çevre dostu sodyum aljinat hidrojeli içine yerleştirerek katı ve yeniden kullanılabilir bir fotokatalizör elde etti. Bu yapı, nanoreaktörün sanayi ölçeğinde kullanılabilmesi ve üretim sonrasında sistemden kolayca ayrılarak yeniden değerlendirilmesi açısından önem taşıyor. Katı hidrojel altyapısı doğal güneş ışığı altında kesintisiz hidrojen peroksit üretimi yapabiliyor. Teknolojinin tekstil, kâğıt hamuru, su arıtma ve ilaç sanayisinde kullanılabileceği belirtiliyor. Hidrojen peroksitin doğrudan üretim noktasında elde edilmesi, taşıma ve tedarik zinciri giderlerini azaltabilecek bir yapı sunuyor.

SANAYİYE GEÇİŞ

Profesör Can Li, hücresel işlevlerin sentetik bir ortama taşınmasına dayanan bu mühendislik yaklaşımının yapay fotosentez ve endüstriyel enerji katalizi alanlarında yeni uygulamaların önünü açacağını belirtti. Geliştirilen sistem, görünür ışık, su ve oksijen kullanarak kimyasal üretim gerçekleştirmesi nedeniyle sürdürülebilir üretim süreçlerine uyum sağlıyor. Malzemenin geri dönüştürülebilir yapısı ve doğal güneş ışığı altında çalışabilmesi, teknolojinin sanayiye aktarılma potansiyelini artırıyor. Çalışmanın, temiz enerji fonları ile yeşil hidrojen ve sürdürülebilir kimya yatırımlarının biyomimetik kataliz teknolojilerine yönelmesinde etkili olması bekleniyor.