Forskere overvinder barrierer for funktionalisering af bioinspirerede høstmaterialer fra solenergi

Inspireret af naturen, forskere ved City College i New York (CCNY) kan demonstrere en syntetisk strategi til stabilisering af bioinspirerede høstmaterialer fra solenergi. Deres fund, offentliggjort i det seneste nummer o Naturkemi , kunne være et betydeligt gennembrud i funktionalisering af molekylære samlinger til fremtidige solenergiomdannelsesteknologier.

I næsten hvert hjørne af verden, trods ekstreme varme- eller kolde temperaturforhold, finder du fotosyntetiske organismer, der stræber efter at fange solenergi. Afsløring af naturens hemmeligheder om, hvordan man høster lys så effektivt og robust, kan transformere landskabet for bæredygtige solenergiteknologier, især i kølvandet på stigende globale temperaturer.

Ved fotosyntese, det første trin (dvs. lyshøst) involverer samspillet mellem lys og lyshøstantennen, som er sammensat af skrøbelige materialer kendt som supermolekylære samlinger. Fra grønne blade til små bakterier, naturen designet et tokomponentsystem:De supermolekylære samlinger er indlejret i protein- eller lipidstilladser. Det er endnu ikke klart, hvilken rolle dette stillads spiller, men nyere forskning tyder på, at naturen kan have udviklet disse sofistikerede proteinmiljøer til at stabilisere deres skrøbelige overmolekylære samlinger.

"Selvom vi ikke kan kopiere kompleksiteten af ​​proteinstilladerne, der findes i fotosyntetiske organismer, vi var i stand til at tilpasse det grundlæggende koncept om et beskyttende stillads for at stabilisere vores kunstige lyshøst-antenne, "sagde Dr. Kara Ng. Hendes medforfattere omfatter Dorthe M. Eisele og Ilona Kretzschmar, begge professorer på CCNY, og Seogjoo Jang, professor ved Queens College.

Så langt, at oversætte naturens designprincipper til store fotovoltaiske applikationer har været uden succes.

"Fejlen kan ligge i designparadigmet for nuværende solcellearkitekturer, sagde Eisele. hun og hendes forskerhold, "sigter ikke mod at forbedre de solcelledesign, der allerede findes. Men vi ønsker at lære af naturens mesterværker at inspirere til helt nye arkitekturer med høst af solenergi, "tilføjede hun.

Inspireret af naturen, forskerne demonstrerer, hvor lille, tværbindende molekyler kan overvinde barrierer mod funktionalisering af supermolekylære samlinger. De fandt ud af, at silanmolekyler kan samle sig selv for at danne en sammenlåsende, stabiliserende stillads omkring en kunstig supermolekylær lyshøst-antenne.

"Vi har vist, at disse iboende ustabile materialer, kan nu overleve i en enhed, selv gennem flere cyklusser med opvarmning og køling, "sagde Ng. Deres arbejde giver bevis på, at et burlignende stilladsdesign stabiliserer supermolekylære samlinger mod miljøbelastninger, såsom ekstreme temperatursvingninger, uden at forstyrre deres gunstige lyshøstegenskaber.