Nye nanostrukturer til effektiv langtrækkende energitransport

En tværfaglig gruppe forskere fra universiteterne i Bayreuth og Erlangen-Nürnberg (Tyskland) rapporterer i Nature om nanofibre, som muliggør for første gang en styret energitransport over flere mikrometer ved stuetemperatur. Denne transportafstand kan kun forklares med kvantesammenhængseffekter langs de enkelte nanofibre.

Konvertering af sollys til elektricitet til lave omkostninger bliver stadig vigtigere for at imødekomme verdens hurtigt voksende energiforbrug. Denne opgave kræver udvikling af nye enhedskoncepter, hvor især transport af lysgenereret energi med minimale tab er et centralt aspekt. En tværfaglig gruppe forskere fra universiteterne i Bayreuth og Erlangen-Nürnberg (Tyskland) rapporterer i Natur på nanofibre, som muliggør for første gang en styret energitransport over flere mikrometer ved stuetemperatur. Denne transportafstand kan kun forklares med kvantesammenhængseffekter langs de enkelte nanofibre.

Forskergrupperne for Richard Hildner (eksperimentel fysik) og Hans-Werner Schmidt (makromolekylær kemi) ved University of Bayreuth udarbejdede supramolekylære nanofibre, som kan omfatte mere end 10, 000 ensartede byggesten. Kernen i byggesten er et såkaldt carbonylbro-triarylamin. Dette triarylaminderivat blev syntetiseret af forskergruppen Milan Kivala (organisk kemi) ved universitetet i Erlangen-Nürnberg og kemisk modificeret ved University of Bayreuth. Tre naphthalimidbithiophen -kromoforer er knyttet til denne centrale enhed. Under særlige forhold, byggestenene spontant samler sig selv og danner nanofibre med længder på mere end 4 mikrometer og diametre på kun 0,005 mikrometer. Til sammenligning:et menneskehår har en tykkelse på 50 til 100 mikrometer.

Med en kombination af forskellige mikroskopiteknikker var forskerne ved University of Bayreuth i stand til at visualisere transporten af ​​excitationsenergi langs disse nanofibre. For at opnå denne langtrækkende energitransport, byggestenens triarylaminkerner, der er perfekt arrangeret ansigt til ansigt, handle sammen. Dermed, energien kan overføres på en bølgelignende måde fra en byggesten til den næste:Dette fænomen kaldes kvantesammenhæng.

"Disse meget lovende nanostrukturer viser, at omhyggeligt skræddersyede materialer til effektiv transport af lysenergi er et nye forskningsområde," siger Dr. Richard Hildner, en ekspert inden for lyshøst ved University of Bayreuth. Forskningsområdet lyshøstning sigter mod en præcis beskrivelse af transportprocesserne i naturlige fotosyntetiske maskiner for at bruge denne viden til at bygge nye nanostrukturer til elproduktion fra sollys. På dette område arbejder tværfaglige forskergrupper sammen i det bayerske initiativ Solar Technologies Go Hybrid og i Research Training Group Fotofysik af syntetiske og biologiske multikromoforiske systemer (GRK 1640) finansieret af German Research Foundation (DFG).