Organiske molekyler, der fanger fotoner og omdanner dem til elektricitet, har vigtige
Kvanteeffektivitet betragtes som lavereoptimalt, hvis "selvslukkende" finder sted, når et molekyle, ophidset af en indgående foton, opgiver en del af sin energi til et identisk uopregnet molekyle, som et resultat af hvilket de to molekyler er i en mellemliggende energitilstand, for lav til dannelsen af en elektron. Men hvis elektrondonorerne og acceptorerne er bedre adskilt, er selvdæmpning begrænset, så kvanteeffektiviteten forbedres.
"DNA repræsenterer en attraktivstillads til at skabe lys-høstende supramolekyler: dens spiralformede struktur, faste afstande mellem nukleotidbaser og kanonisk baseparring styrer præcist positionen af kromoforer. Her viser vi, at carbon buckyballs knyttet til modificerede nukleosider indsat i en DNA-helix signifikant forbedrer kvanteeffektiviteten. Vi viser også, at supramolekylets tredimensionelle struktur bevares ikke kun i den flydende fase, men også i den faste fase, for eksempel i fremtidige organiske solceller."
Dr. Hans-Achim Wagenknecht, professor i organisk kemi ved Karlsruhe Institute of Technology (KIT).
Som en ramme brugte forskereenkeltstrenget DNA, deoxyadenosin (A) og thymin (T) kæder 20 nukleotider lange. Denne længde blev valgt, fordi teorien antyder, at kortere DNA-oligonukleotider ikke samles ordentligt, og længere er uopløselige i vand. Kromoforer var fluorescerende pyrenmolekyler med violet fluorescens og Nilrøde molekyler med rød fluorescens, hvoraf hver ikke-kovalent er bundet til et syntetisk uracil deoxyribosenukleosid. Hvert nukleosid blev baseparret med et DNA-rygrad, men rækkefølgen af pyren og Nil-røde blev overladt til tilfældighederne under selvsamling.
Hvad angår elektronacceptorer, forskeretestet to former for buckyballs, også kaldet fullerener, der vides at have fremragende slukningsegenskaber (elektronmodtagelse). Hver buckyball var en hul kugle lavet af sammenlåsende ringe med fem eller seks kulstofatomer til i alt 60 kulstofatomer pr. Molekyle. Den første form for testet buckyball binder ikke-specifikt til DNA gennem elektrostatiske ladninger. Den anden form - ikke tidligere testet som en elektronacceptor - blev kovalent bundet via malonic ether til to flankerende U-deoxyribose-nukleosider, som tillod det at basere par med nukleotid A på DNA.
Det har forskere eksperimentelt bekræftetDen tredimensionelle struktur af et DNA-baseret supramolekyle opretholdes i den faste fase: dette er et kritisk krav til solcelleapplikationer. Til dette formål testede de supramolekyler med enhver form for buckyballs som det aktive lag af en miniature solcelle. Designene viste fremragende ladningsadskillelse - dannelsen af et positivt hul og en negativ elektronladning i kromoforen og deres accept af tilstødende buckyballs - med enhver buckyball-form, men især for den anden form.
Forfatterne forklarer dette mere specifiktbinding via kanonisk baseparring til DNA-rygraden i den anden form, hvilket skulle føre til en mindre afstand mellem buckyball og chromophore. Dette betyder, at den anden form er bedst egnet til brug i solceller.
Forskere forventer ikke, at alle skal have detsolceller med DNA på taget. Men DNA-chiraliteten er interessant: solceller kan på dette grundlag opfatte lys med cirkulær polarisering i specialiserede applikationer.
Læs også:
Fysikere har skabt en analog til et sort hul og bekræftet Hawkings teori. Hvor det fører hen?
Forskere har opdaget hastighedsgrænsen i kvanteverdenen.
Abort og videnskab: hvad vil der ske med de børn, der føder.