Importanti sono le molecole organiche che catturano i fotoni e li convertono in elettricità
L'efficienza quantistica è considerata inferioreottimale se avviene “autoestinguente”, quando una molecola, eccitata da un fotone in arrivo, cede parte della sua energia ad una identica molecola non eccitata, per cui le due molecole si trovano in uno stato energetico intermedio, troppo basso per la formazione di un elettrone. Ma se i donatori e gli accettori di elettroni sono meglio separati, l'auto-smorzamento è limitato, quindi l'efficienza quantistica è migliorata.
"Il DNA rappresenta un elemento attrattivoimpalcatura per la creazione di supramolecole che raccolgono la luce: la sua struttura elicoidale, le distanze fisse tra le basi nucleotidiche e l'accoppiamento canonico delle basi controllano con precisione la posizione dei cromofori. Qui mostriamo che le buckyball di carbonio legate a nucleosidi modificati inseriti in un’elica di DNA migliorano significativamente l’efficienza quantistica. Mostriamo anche che la struttura tridimensionale della supramolecola è conservata non solo nella fase liquida, ma anche in quella solida, ad esempio nelle future celle solari organiche."
Dr. Hans-Achim Wagenknecht, Professore di Chimica Organica al Karlsruhe Institute of Technology (KIT).
Come quadro, gli scienziati hanno utilizzatocatene di DNA a filamento singolo, desossiadenosina (A) e timina (T) lunghe 20 nucleotidi. Questa lunghezza è stata scelta perché la teoria suggerisce che gli oligonucleotidi di DNA più corti non si assembleranno in modo ordinato e quelli più lunghi sono insolubili in acqua. I cromofori erano molecole di pirene fluorescente con fluorescenza viola e molecole di rosso Nilo con fluorescenza rossa, ciascuna delle quali è legata in modo non covalente a un nucleoside sintetico di uracile desossiribosio. Ogni nucleoside era accoppiato in base a un'impalcatura di DNA, ma l'ordine dei pirene e dei rossi del Nilo è stato lasciato al caso durante l'autoassemblaggio.
Per quanto riguarda gli accettori di elettroni, scienziatitestato due forme di buckyball, chiamate anche fullereni, note per avere eccellenti proprietà di spegnimento (ricezione di elettroni). Ogni buckyball era una palla vuota fatta di anelli interconnessi di cinque o sei atomi di carbonio per un totale di 60 atomi di carbonio per molecola. La prima forma di buckyball testata si lega in modo non specifico al DNA attraverso cariche elettrostatiche. La seconda forma - non precedentemente testata come accettore di elettroni - era legata in modo covalente tramite etere malonico a due nucleosidi fiancheggianti di U-desossiribosio, che gli hanno permesso di accoppiarsi con il nucleotide A sul DNA.
I ricercatori lo hanno confermato sperimentalmenteLa struttura tridimensionale di una supramolecola basata sul DNA viene mantenuta nella fase solida: questo è un requisito fondamentale per le applicazioni delle celle solari. A tal fine, hanno testato supramolecole con qualsiasi forma di buckyball come strato attivo di una cella solare in miniatura. I progetti hanno mostrato un'eccellente separazione di carica - la formazione di una lacuna positiva e una carica elettronica negativa nel cromoforo e la loro accettazione da parte dei buckyball vicini - con qualsiasi forma di buckyball, ma soprattutto per la seconda forma.
Gli autori spiegano questo in modo più specificolegandosi tramite l'accoppiamento canonico della base alla spina dorsale del DNA nella seconda forma, che dovrebbe risultare in una distanza minore tra il buckyball e il cromoforo. Ciò significa che la seconda forma è più adatta per l'uso nelle celle solari.
Gli scienziati non si aspettano che tutti lo abbianocelle solari con DNA sul tetto. Ma la chiralità del DNA è interessante: le celle solari su questa base possono percepire la luce con polarizzazione circolare in applicazioni specializzate.
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