ارسالی از خانم مهندس فرزانه دانشمند

2. ` فتوسنتز مصنوعی پایگاه اینترنتی زیست پژوهش Mahmoudvand.ir ارسالی از خانم مهندس فرزانه دانشمند

3. فتوسنتز مصنوعی ارسالی از هانم مهندس فرزانه دانشمند

4. مقدمه در پديده‌ي فتوسنتز، نور خورشيد به‌وسيله‌ي مولکول‌هايي جذب و از طريق مولکول‌هاي واسطه در گياه منتقل مي‌گردد و در نهايت به شکل شيميايي ذخيره مي‌شود. اين ذخيره‌سازي به شکل هيدرات کربن است و بعدها به مصرف جانداران ديگر مي‌رسد. مشابه اين پديده مي‌تواند در نانوکپسول ساخته‌شده در دانشگاه Würzburg اتفاق بي‌افتد، يعني مولکول‌هاي مورد نياز درون نانوکپسول قرار گرفته، پديده‌ي فتوسنتز مصنوعي انجام شود. البته مي‌توان بازده فرايند را بيشتر از فتوسنتز طبيعي کرد و به اين شکل غشاء سطحي به شکلي طراحي شود که در محدوده‌هاي وسيع‌تري از طول موج، نور را جذب کند.

5. هدف تبديل انرژي خورشيدي به انرژيهاي قابل استفاده كاري چالش برانگيز است. يكي از روشهاي موجود، استفاده از نيمههاديها براي ذخيره اين انرژي بهصورت هيدروژن است. متأسفانه بيشتر نيمههاديها از پايداري مناسبي برخوردار نيستند. يك تيم تحقيقاتي از EPFL دريافته است كه ميتوان نيمههاديها را با استفاده از يك لايه يكنواخت به ضخامت چند نانومتر پوشش داد و محافظت كرد. با اين كشف ميتوان سلولهاي فتوالكتروشيميايي را بهبود داد. همانطوري كه گياهان با استفاده از پديده فتوسنتز، نور خورشيد را به انرژي تبديل ميكنند، اين سلولها نيز ميتوانند نور خورشيد را گرفته و با انجام يك واكنش شيميايي، از آب هيدروژن توليد كنند.

6. فتوسنتز فتوسنتز"فرآیندی است که گیاهان با استفاده از آن، قادراند انرژی دریافتی از خورشید را به انرژی شیمیایی تبدیل کنند. طی انجام فرآیند فتوسنتزدو"نیم واکنش" به وقوع می پیوندد.در مرحله ی اول نور خورشید برای تجزیه ی آب به دو عنصر هیدروژن و اکسیژن مورد استفاده قرار می گیردکه این فرآیند به وسیله ی فعال شدن یک فتوسیستم پیچیده در درون گیاه صورت می گیرد.و نتیجه ی نهایی آن آزاد شدن الکترون ها و تفکیک یون های هیدروژن و اکسیژن خواهد بود. در مرحله دوم،الکترون ها و یون های هیدروژن با دی اکسید کربن ترکیب شده و کربوهیدرات های سرشار از انرژی از قبیل گلوکز را برای رشد گیاه حیاتی است،تولید میکنند

7. فتوسنتز

9. ابداع فتوسنتز مصنوعي به کمک نانوذرات ارغواني طلا شيمي‌دانان آمريکايي روش فتوسنتز مصنوعي را طراحي و آن را به‌وسيله‌ي تغيير رنگ اتم‌هاي طلا به نانوذرات ارغواني‌رنگ اثبات کردند. آنها ابتدا اسيد سيتريک حاصل از پرتقال‌ها را با پروتئين مخلوط، سپس پودر طلا را در اين محلول حل کردند. در نهايت هم شيشه‌هاي کوچکي از مخلوط زردرنگ را در نور مستقيم خورشيد قرار دادند و اميدوار بودند که رنگ محلول به ارغواني تغيير يابد. اگر رنگ محلول ارغواني شود نشانه‌ي آن است که اتم‌هاي طلا، الکترون دريافت کرده‌اند و از انرژي دريافت‌شده براي پيوستن به هم به‌صورت نانوذرات کوچک ارغواني استفاده کرده‌اند و اين بدان معناست که پروتئين از نور خورشيد در تحريک اسيد سيتريک استفاده کرده‌است و محرکي براي انتقال انرژي است.

10. فتوسنتز مصنوعی با اکسید سریوم اکسید سریوم از فلز سریوم به دست می‌آید که تقریبا به اندازه مس وافر است. هنگامی که این اکسید حرارت می‌بیند، مولکول‌های اکسیژن را از آب و دی‌اکسید کربن جدا می‌کند. به عبارت دیگر، این ماده با گرم شدن، اکسیژن تولید کرده و با سرد شدن اکسیژن را به خود جذب می کند. این دستگاه با استفاده از آینه‌ای سهمی‌شکل برای متمرکز کردن نور خورشید، ‌اکسید سریوم را با آب یا دی‌اکسیدکربن تا 1600 درجه سانتی‌گراد گرم کرده تا هیدروژن یا مونواکسیدکربنی بدست آورد که می‌توان آن را به سوخت مایع تبدیل کرد. یک راکتور روی بام می‌تواند روزانه 12 لیتر سوخت تولید کند

11. فتوسنتز مصنوعی با اکسید سریوم

12. نانوکپسول‌هايي براي فتوسنتز مصنوعي در پديده‌ي فتوسنتز، نور خورشيد به‌وسيله‌ي مولکول‌هايي جذب و از طريق مولکول‌هاي واسطه در گياه منتقل مي‌گردد و در نهايت به شکل شيميايي ذخيره مي‌شود. مشابه اين پديده مي‌تواند در نانوکپسول اتفاق بيافتد، يعني مولکول‌هاي مورد نياز درون نانوکپسول قرار گرفته، پديده‌ي فتوسنتز مصنوعي انجام شود. البته مي‌توان بازده فرايند را بيشتر از فتوسنتز طبيعي کرد و به اين شکل غشاء سطحي به شکلي طراحي شود که در محدوده‌هاي وسيع‌تري از طول موج، نور را جذب کند.جنس اين نانوکپسول از ترکيبات آمفي‌فيليک (ترکيباتي که داراي گروه‌هاي عاملي حل‌شونده در آب و هم غير حل‌شونده در آب هستند) بيسميد پريلن است. اگر اين ترکيب در آب قرار گيرد به شکل کپسول درمي‌آيد؛ اما پايدار نيست. تنها در صورتي که با تابش نور فتوپليمريزه گردد در محيط آبي پايدار مي‌شود. درون اين کپسول با ترکيبات بيسپيرن پر مي‌شود؛ بيسپيرن‌ها قادرند شکل خود را متناسب با محيط تغيير دهند، به‌طوري که در محيط‌هاي اسيدي آنها حالت کشيده به خود مي‌گيرند و اگر در اين محيط به آنها پرتو فرابنفش تابيده شود، نور فلورسانس آبي از خود منتشر مي‌کنند. با افزايش pH محيط مولکول شروع به خميده شدن و انتشار نور فلورسانس سبز مي‌کند. در اين حالت بيسپيرن پوسته‌ي کپسول را تحريک و پوسته‌ نور قرمز را منتشر مي‌کند

13. مزایای این روش: از اين کپسول‌ها به‌عنوان حسگرهاي زيستي در تشخيص اسيديته محيط استفاده کرد. در واقع علاوه بر فتوسنتز مصنوعي، مي‌توان دستگاه اندازه‌گيري pH با حساسيت بسيار بالا در حد نانومقياس را با اين نانوکپسول‌ها ساخت، همچنين از اين نانوکپسول‌ها مي‌توان در تشخيص پزشکي نيز استفاده کرد؛ به اين شکل که سطح کپسول را به ساختارها ويژه‌اي پوشش داده به طوري که بتوانند به سطح تومور بچسبند، سپس با استفاده از خاصيت نشر فلورسانس آنها محل تومور را شناسايي کرد.

14. استفاده از نوعی ویروس برای تولید انرژی به سبک گیاهان این ویروس ها کهM13 نام دارند برای انسان بی خطر بوده و نقش کاتالیزور فرایند شیمیایی آب را بازی میکنند.با دستکاری ژنتیکی این ویروس ها آنها به مجموعه ای ازرنگدانه های حساس به نور مجهز شده اند که "پروفرینزینک" نام داشته و نقش آنتن جذب کننده ی نور خورشید را بازی می کنند. به گفته ی دکتر بلچر، آن چه ویروس ها به این سیستم اضافه می کنند عبارت است از یک مدار که اجزای مورد نیاز برای فتوسنتز مصنوعی به آن می چسبند و فرایند تجزیه آب را انجام می دهند..بنابراین گروه تحقیقاتی دکتر بلچر از یک ماتریکس مایکروژل برای جلوگیری از نزدیک شدن ویروس ها به هم استفاده کرده اند.نتایج تحقیقات آن ها حکایت از آن دارد که ترکیب چند باره ی یون ها هیدروژن واکسیژن و تجزیه های متوالی آن ها از هم می تواند موجب تولید گاز هیدروژن خالصی شود که فرایند دریافت و جذب نور خورشید توسط گیاه را به صورت مصنوعی شبیه سازی می کند در این الگو انرژی ذخیره شده در گاز هیدروژن پس از سوختن این گاز و مصرف در سلول های خورشید،به صورت الکتریسیته در آمده و آماده ی استفاده توسط وسایل برقی می شود.

15. شکستن مولکول آب

16. نتیجه گیری فتوسنتز مصنوعي اين قابليت را دارد که براي توليد هيدروژن با راندمان بالا به‌‌کار رود. هيدروژن مي‌‌تواند به‌‌عنوان يک سوخت تميز براي وسايل نقليه و همچنين براي کاهش دي‌‌اکسيدکربن هوا به‌‌کار رود

17. منابع 1.KhuzaimahArifin, EdyHeriantoMajlan, Wan Ramli Wan Daud, Mohammad B. Kassim, Bimetallic complexes in artificial photosynthesis for hydrogen production, i n t e rna t i onal j o u r n a l o f hydrogen energy 3 7 ( 2 0 1 2 ) 3 0 6 6e3 0 8 7 2.Energy Conversion in Natural and Artificial Photosynthesis Iain McConnell, Gonghu Li, and Gary W. Brudvig,Chemistry & Biology * http://konjkav.com/technology http://www.khabaronline.irx http://khabarfarsi.com http://hitna.ir/fa/news http://www.nanotechwire.com