Biopohjaisen aurinkoenergian keruumateriaalia

Luonnon innoittamana New York City Collegen (CCNY) -tutkijat ovat osoittaneet synteettisen strategian stabiloida bioinspiroituja aurinkoenergian korjuumateriaaleja.

Heidän havainnot voivat olla merkittävä läpimurto molekyylikokoonpanojen funktionalisoinnissa tulevaisuuden aurinkoenergian muuntotekniikoille.

Melkein joka puolella maailmaa, huolimatta äärimmäisistä kuumuudesta tai kylmistä lämpötilaolosuhteista, löytyy fotosynteettisiä organismeja, jotka pyrkivät kaappaamaan aurinkoenergiaa. Luonnon salaisuuksien paljastaminen siitä, kuinka valoa voidaan kerätä niin tehokkaasti ja vankasti, voisi muuttaa kestävän aurinkoenergiateknologian maisemaa etenkin kohoavien globaalien lämpötilojen myötä.

Fotosynteesissä ensimmäinen vaihe (ts. valon kerääminen) sisältää valon ja valoa keräävän antennin vuorovaikutuksen, joka koostuu herkistä materiaaleista, jotka tunnetaan supramolekylaarisina kokoonpanoina.

Lehtimäisistä vihreistä kasveista pieniin bakteereihin luonto on kehitellyt kaksikomponenttisen järjestelmän: supra-molekylaariset kokoonpanot upotettuna proteiini- tai lipidikehyksiin. Ei ole vielä selvää, mikä rooli tällä kehyksellä on, mutta uusimmat tutkimukset viittaavat siihen, että luonto on saattanut kehittää näitä hienostuneita proteiiniympäristöjä stabiloidakseen niiden herkät supramolekylaariset kokoonpanot.

"Vaikka emme pysty toistamaan fotosynteettisistä organismeista löydettyjen proteiinikehysten monimutkaisuutta, pystyimme mukauttamaan suojakehyksen peruskonseptin keinotekoisen valonkorjuuantennin vakauttamiseksi", kertoi tohtori Kara Ng.

Toistaiseksi luonnon suunnitteluperiaatteiden kääntäminen laaja-alaisiksi aurinkosähkösovelluksiksi ei ole oikein onnistunut. "Epäonnistuminen voi piillä nykyisten aurinkokennorakenteiden suunnitteluparadigmassa", sanoo Dorothe Eisele. Hän ja hänen tutkimusryhmänsä "eivät kuitenkaan pyri parantamaan jo olemassa olevia aurinkokennomalleja. Mutta haluamme oppia luonnon mestariteoksista inspiroimaan täysin uusia aurinkoenergian korjuuarkkitehtuureja", hän lisää.

Tutkijat osoittavat, kuinka pienet, silloittavat molekyylit voivat ylittää esteet kohti supramolekylaarisen kokoonpanojen toiminnallisuudelle. He havaitsivat, että silaanimolekyylit voivat itse koostuen muodostaa toisiinsa lukkiutuvan, vakauttavan kehysrakenteen keinotekoisen supramolekylaarisen valonkorjuuantennin ympärille.

"Olemme osoittaneet, että nämä luonnostaan epävakaat materiaalit voivat nyt selviytyä laitteessa jopa useiden lämmitys- ja jäähdytysjaksojen kautta", toteaa Ng.

Heidän työnsä tarjoaa todisteen käsitteestä, että häkkimainen kehysrakennesuunnittelu stabiloi supramolekylaariset kokoonpanot ympäristön stressitekijöitä vastaa, kuten äärimmäisille lämpötilan vaihteluille, häiritsemättä niiden suotuisia valonkeruuominaisuuksia. Aiheesta aiemmin:

Tutkijat yhdistävät fysiikkaa ja fotosynteesiä

Fotosynteesiä matkien