Důležité jsou organické molekuly, které zachycují fotony a přeměňují je na elektřinu
Kvantová účinnost je považována za nižšíoptimální, pokud dojde k samozhášení, kdy jedna molekula, vzrušená příchozím fotonem, odevzdá část své energie identické nevybuzené molekule, v důsledku čehož jsou tyto dvě molekuly v mezilehlém energetickém stavu příliš nízkém na tvorbu elektron. Pokud jsou ale donory elektronů a akceptory lépe odděleny, je vlastní tlumení omezené, takže se kvantová účinnost zlepší.
„DNA představuje atraktivnílešení pro vytváření světlosběrných supramolekul: jeho spirálová struktura, pevné vzdálenosti mezi nukleotidovými bázemi a kanonické párování bází přesně řídí polohu chromoforů. Zde ukazujeme, že uhlíkové buckyballs spojené s modifikovanými nukleosidy vloženými do šroubovice DNA výrazně zlepšují kvantovou účinnost. Ukazujeme také, že trojrozměrná struktura supramolekuly je zachována nejen v kapalné fázi, ale také v pevné fázi, například v budoucích organických solárních článcích."
Dr. Hans-Achim Wagenknecht, profesor organické chemie na Karlsruhe Institute of Technology (KIT).
Jako rámec vědci použilijednovláknové řetězce DNA, deoxyadenosin (A) a thymin (T) dlouhé 20 nukleotidů. Tato délka byla zvolena, protože teorie naznačuje, že kratší DNA oligonukleotidy se nebudou shromažďovat uspořádaným způsobem a delší jsou nerozpustné ve vodě. Chromofory byly fluorescenční molekuly pyrenu s fialovou fluorescencí a nilské červené molekuly s červenou fluorescencí, z nichž každá je nekovalentně vázána na jeden syntetický uracil-deoxyribózový nukleosid. Každý nukleosid byl spárován se základnou s páteří DNA, ale pořadí pyrenové a nilské červeně bylo ponecháno náhodě během vlastní montáže.
Pokud jde o akceptory elektronů, vědcitestovaly dvě formy buckyballů, nazývaných také fullereny, o nichž je známo, že mají vynikající vlastnosti zhášení (příjem elektronů). Každá buckyball byla dutá koule vyrobená ze vzájemně propojených kruhů pěti nebo šesti atomů uhlíku, celkem tedy 60 atomů uhlíku na molekulu. První testovaná forma buckyball se váže nespecificky na DNA prostřednictvím elektrostatických nábojů. Druhá forma - předtím nebyla testována jako akceptor elektronů - byla kovalentně spojena prostřednictvím malónského etheru se dvěma lemujícími U -deoxyribózovými nukleosidy, což jí umožnilo vytvořit pár bází s nukleotidem A na DNA.
Vědci to experimentálně potvrdiliTrojrozměrná struktura supramolekuly na bázi DNA je zachována v pevné fázi: to je kritický požadavek pro aplikace solárních článků. Za tímto účelem testovali supramolekuly s libovolným tvarem buckyballs jako aktivní vrstvu miniaturního solárního článku. Návrhy prokázaly vynikající separaci náboje – vytvoření kladné díry a záporného elektronového náboje v chromoforu a jejich přijetí sousedními buckyballs – s jakýmkoli tvarem buckyball, ale zvláště tak pro druhý tvar.
Autoři to vysvětlují konkrétnějivazba prostřednictvím kanonického párování bází na páteř DNA ve druhé formě, což by mělo vést k menší vzdálenosti mezi buckyballem a chromoforem. To znamená, že druhá forma je nejvhodnější pro použití v solárních článcích.
Vědci neočekávají, že by je měl každýsolární články s DNA na střeše. Chiralita DNA je ale zajímavá: sluneční články na tomto základě mohou ve specializovaných aplikacích vnímat světlo s kruhovou polarizací.
Přečtěte si také:
Fyzici vytvořili analogii černé díry a potvrdili Hawkingovu teorii. Kam to vede?
Vědci objevili rychlostní limit v kvantovém světě.
Potrat a věda: co se stane s dětmi, které porodí.