Organiske molekyler som fanger fotoner og konverterer dem til elektrisitet har viktige
Kvanteeffektivitet anses å være lavereoptimalt hvis "selvslukkende" finner sted når et molekyl, opphisset av et innkommende foton, gir opp en del av energien til et identisk, unexcited molekyl, som et resultat av at de to molekylene er i en mellomliggende energitilstand, for lav til dannelsen av et elektron. Men hvis elektrondonorene og akseptorene er bedre skilt, er selvdemping begrenset, så kvanteeffektiviteten forbedres.
"DNA representerer en attraktivstillas for å lage lys-høstende supramolekyler: dens spiralformede struktur, faste avstander mellom nukleotidbaser og kanonisk baseparing kontrollerer nøyaktig plasseringen av kromoforer. Her viser vi at karbon buckyballs knyttet til modifiserte nukleosider satt inn i en DNA-helix betydelig forbedrer kvanteeffektiviteten. Vi viser også at den tredimensjonale strukturen til supramolekylet er bevart ikke bare i flytende fase, men også i fast fase, for eksempel i fremtidige organiske solceller."
Dr. Hans-Achim Wagenknecht, professor i organisk kjemi ved Karlsruhe Institute of Technology (KIT).
Som et rammeverk brukte forskereenkeltstrenget DNA, deoksyadenosin (A) og tymin (T) kjeder 20 nukleotider lange. Denne lengden ble valgt fordi teorien antyder at kortere DNA-oligonukleotider ikke vil samles på en ordnet måte, og lengre er uoppløselige i vann. Kromoforene var fluorescerende pyrenemolekyler med fiolett fluorescens og Nilrøde molekyler med rød fluorescens, som hver er ikke-kovalent bundet til ett syntetisk uracil deoxyribose nukleosid. Hvert nukleosid ble baseparret med et DNA-ryggrad, men rekkefølgen av pyren og Nil-røde ble overlatt til tilfeldighetene under selvmontering.
Når det gjelder elektronakseptorer, forskeretestet to former for buckyballs, også kalt fullerener, som er kjent for å ha utmerkede slukningsegenskaper (elektronmottak). Hver buckyball var en hul ball laget av sammenlåsende ringer med fem eller seks karbonatomer for totalt 60 karbonatomer per molekyl. Den første formen for testet buckyball binder ikke-spesifikt til DNA gjennom elektrostatiske ladninger. Den andre formen - ikke tidligere testet som en elektronakseptor - ble kovalent koblet via maloneter til to flankerende U-deoksyribose-nukleosider, som tillot den å basere par med nukleotid A på DNA.
Forskere har eksperimentelt bekreftet detDen tredimensjonale strukturen til et DNA-basert supramolekyl opprettholdes i fast fase: dette er et kritisk krav for solcelleapplikasjoner. For dette formål testet de supramolekyler med hvilken som helst form av buckyballs som det aktive laget av en miniatyrsolcelle. Designene viste utmerket ladningsseparasjon - dannelsen av et positivt hull og en negativ elektronladning i kromoforen og deres aksept av nærliggende buckyballs - med hvilken som helst buckyball-form, men spesielt for den andre formen.
Forfatterne forklarer dette mer spesifiktbinding via kanonisk baseparring til DNA-ryggraden i den andre formen, noe som skulle føre til en mindre avstand mellom buckyball og chromophore. Dette betyr at den andre formen er best egnet for bruk i solceller.
Forskere forventer ikke at alle skal ha detsolceller med DNA på taket. Men chiraliteten til DNA er interessant: solceller på dette grunnlaget kan oppfatte lys med sirkulær polarisering i spesialiserte applikasjoner.
Les også:
Fysikere har laget en analog av et svart hull og bekreftet Hawkings teori. Hvor det fører?
Forskere har oppdaget fartsgrensen i kvanteverdenen.
Abort og vitenskap: hva vil skje med barna som skal føde.