Практически в каждом уголке мира, несмотря на экстремально высокие или низкие температуры, вы найдете фотосинтезирующие организмы, стремящиеся улавливать солнечную энергию. Раскрытие секретов природы о том, как эффективно и надежно собирать свет, может изменить ландшафт устойчивых технологий солнечной энергии, особенно после повышения глобальной температуры.
В фотосинтезе первый шаг (то есть сбор света) включает взаимодействие между светом и светособирающей антенной, которая состоит из хрупких материалов, известных как надмолекулярные сборки. Природа разработала двухкомпонентную систему: от листовых зеленых растений до крошечных бактерий: надмолекулярные сборки встроены в белковые или липидные каркасы.
Пока неясно, какую роль играет этот каркас, но недавние исследования показывают, что природа могла развить эти сложные белковые среды для стабилизации их хрупких надмолекулярных ансамблей.
«Хотя мы не можем воспроизвести сложность белковых каркасов фотосинтезирующих организмов, мы смогли адаптировать базовую концепцию защитных каркасов для стабилизации нашей искусственной светособирающей антенны», – сказал доктор.
Кара Нг. Среди ее соавторов – Dorthe M. Эйзеле и Илона Кречмар, оба профессора CCNY, и Согджу Чанг, профессор Queens College.
До сих пор безуспешно претворять природные принципы проектирования в крупномасштабные фотоэлектрические приложения.
«Неудача может быть связана с конструктивной парадигмой современных архитектур солнечных элементов», – сказал Эйзеле. Однако она и ее исследовательская группа «не стремятся улучшить уже существующие конструкции солнечных элементов.
Но мы хотим учиться на шедеврах природы, чтобы вдохновить на создание совершенно новой архитектуры сбора солнечной энергии », – добавила она.
Вдохновленные природой, исследователи демонстрируют, как маленькие сшивающие молекулы могут преодолевать препятствия на пути функционализации надмолекулярных ансамблей. Они обнаружили, что молекулы силана могут самоорганизовываться, образуя блокирующий стабилизирующий каркас вокруг искусственной надмолекулярной светособирающей антенны.
«Мы показали, что эти по своей природе нестабильные материалы теперь могут выжить в устройстве даже через несколько циклов нагрева и охлаждения», – сказал Нг. Их работа подтверждает концепцию того, что конструкция каркаса в виде клетки стабилизирует надмолекулярные сборки против факторов стресса окружающей среды, таких как экстремальные колебания температуры, не нарушая их благоприятных светособирающих свойств.
Исследование было поддержано Научным фондом Мартина и Мишель Коэн CCNY, программой солнечной фотохимии США.S. Министерство энергетики, Управление фундаментальных энергетических наук и Национальный научный фонд (NSF CREST IDEALS и NSF-CAREER).