Orgaanisilla molekyyleillä, jotka sieppaavat fotoneja ja muuttavat ne sähköksi, ovat tärkeitä
Kvanttitehokkuutta pidetään alhaisempanaoptimaalinen, jos itsestään sammuu, kun yksi molekyyli tulevan fotonin innoittamana luovuttaa osan energiastaan identtiselle virittämättömälle molekyylille, minkä seurauksena molemmat molekyylit ovat välituotetilassa, liian matalalle muodostumiselle elektronin. Mutta jos elektronidonorit ja -antajat erotetaan paremmin, itsevaimennus on rajoitettua, joten kvanttitehokkuus paranee.
"DNA edustaa houkuttelevaateline valoa keräävien supramolekyylien luomiseen: sen kierteinen rakenne, kiinteät etäisyydet nukleotidiemästen välillä ja kanoninen emäsparittelu säätelevät tarkasti kromoforien sijaintia. Tässä osoitamme, että DNA-kierteeseen lisättyihin modifioituihin nukleosideihin linkitetyt hiilen buckyballs parantavat merkittävästi kvanttitehokkuutta. Osoitamme myös, että supramolekyylin kolmiulotteinen rakenne säilyy ei vain nestefaasissa, vaan myös kiinteässä faasissa, esimerkiksi tulevissa orgaanisissa aurinkokennoissa."
Tri Hans-Achim Wagenknecht, orgaanisen kemian professori Karlsruhen teknillisestä korkeakoulusta (KIT).
Puitteina tutkijat käyttivätyksijuosteinen DNA, deoksiadenosiini (A) ja tymiini (T) ketjut 20 nukleotidin pituisia. Tämä pituus valittiin, koska teoria viittaa siihen, että lyhyemmät DNA-oligonukleotidit eivät koota järjestyksessä, ja pidemmät ovat liukenemattomia veteen. Kromoforit olivat fluoresoivia pyreenimolekyylejä, joilla oli violetti fluoresenssi, ja Niilin punaisia molekyylejä, joilla oli punainen fluoresenssi, joista kukin on sitoutumaton kovalenttisesti yhteen synteettiseen urasiili-deoksiriboosinukleosidiin. Jokainen nukleosidia pariliitettiin DNA-rungon kanssa, mutta pyreenin ja Niilin punaisen järjestys jätettiin sattuman varaan itsensä kokoamisen aikana.
Mitä elektroneiden hyväksyjiin, tutkijoihintestasi kahta buckyball-muotoa, joita kutsutaan myös fullereeneiksi ja joilla tiedetään olevan erinomaiset sammutusominaisuudet. Jokainen buckyball oli ontto pallo, joka oli tehty lukitusrenkaista, joissa oli viisi tai kuusi hiiliatomia, yhteensä 60 hiiliatomia molekyyliä kohti. Testattu ensimmäinen buckyball-muoto sitoutuu epäspesifisesti DNA: han sähköstaattisten varausten kautta. Toinen muoto - jota ei ole aikaisemmin testattu elektroninakseptorina - liitettiin kovalenttisesti malonieetterin kautta kahteen reunustavaan U-deoksiriboosinukleosidiin, mikä antoi sen muodostaa emäsparin DNA: n nukleotidin A kanssa.
Tutkijat ovat kokeellisesti vahvistaneet tämänDNA-pohjaisen supramolekyylin kolmiulotteinen rakenne säilyy kiinteässä faasissa: tämä on kriittinen vaatimus aurinkokennosovelluksissa. Tätä tarkoitusta varten he testasivat supramolekyylejä, joissa oli minkä tahansa muotoisia palloja miniaurinkokennon aktiivisena kerroksena. Suunnitelmat osoittivat erinomaista varauksen erottelua - positiivisen reiän ja negatiivisen elektronivarauksen muodostumista kromoforissa ja niiden hyväksymistä viereisten pallopallojen kanssa - millä tahansa buckyball-muodolla, mutta erityisesti toisella muodolla.
Kirjoittajat selittävät tämän tarkemminsitoutuminen kanonisen emäspariliitoksen kautta DNA-runkoon toisessa muodossa, minkä pitäisi johtaa pienempään etäisyyteen buckyballin ja kromoforin välillä. Tämä tarkoittaa, että toinen muoto sopii parhaiten käytettäväksi aurinkokennoissa.
Tutkijat eivät odota, että kaikilla onaurinkokennot, joissa DNA on katolla. Mutta DNA: n kiraalisuus on mielenkiintoinen: aurinkokennot voivat tämän perusteella havaita valoa pyöreällä polarisaatiolla erikoistuneissa sovelluksissa.
Lue myös:
Fyysikot ovat luoneet analogin mustasta aukosta ja vahvistaneet Hawkingin teorian. Minne se johtaa?
Tutkijat ovat löytäneet nopeusrajoituksen kvanttimaailmassa.
Abortti ja tiede: mitä tapahtuu synnyttäville lapsille.