Moléculas orgânicas que capturam fótons e os convertem em eletricidade têm importantes
A eficiência quântica é considerada inferiorideal se "autoextinguível" ocorre, quando uma molécula, excitada por um fóton que entra, cede parte de sua energia a uma molécula não excitada idêntica, como resultado da qual as duas moléculas estão em um estado de energia intermediário, muito baixo para a formação de um elétron. Mas se doadores e aceitadores de elétrons forem melhor separados, o autoamortecimento é limitado, de modo que a eficiência quântica é melhorada.
"O DNA representa um atrativoestrutura para criar supramoléculas coletoras de luz: sua estrutura helicoidal, distâncias fixas entre bases de nucleotídeos e emparelhamento canônico de bases controlam com precisão a posição dos cromóforos. Aqui mostramos que fulerenos de carbono ligados a nucleosídeos modificados inseridos em uma hélice de DNA melhoram significativamente a eficiência quântica. Mostramos também que a estrutura tridimensional da supramolécula é conservada não apenas na fase líquida, mas também na fase sólida, por exemplo, em futuras células solares orgânicas."
Dr. Hans-Achim Wagenknecht, Professor de Química Orgânica no Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT).
Como estrutura, os cientistas usaramDNA de fita simples, cadeias de desoxiadenosina (A) e timina (T) com 20 nucleotídeos de comprimento. Este comprimento foi escolhido porque a teoria sugere que os oligonucleotídeos de DNA mais curtos não se agrupam de maneira ordenada, e os mais longos são insolúveis em água. Os cromóforos eram moléculas de pireno fluorescentes com fluorescência violeta e moléculas de vermelho do Nilo com fluorescência vermelha, cada uma das quais ligada de forma não covalente a um nucleosídeo uracil desoxirribose sintético. Cada nucleosídeo foi emparelhado com uma base de DNA, mas a ordem do pireno e dos vermelhos do Nilo foi deixada ao acaso durante a automontagem.
Quanto aos aceitadores de elétrons, os cientistastestou duas formas de fulerenos, também chamadas de fulerenos, que são conhecidas por terem excelentes propriedades de extinção (recepção de elétrons). Cada fulereno era uma bola oca feita de anéis entrelaçados de cinco ou seis átomos de carbono para um total de 60 átomos de carbono por molécula. A primeira forma de fulereno testada se liga não especificamente ao DNA por meio de cargas eletrostáticas. A segunda forma - não testada anteriormente como um aceptor de elétrons - foi covalentemente ligada por meio de éter malônico a dois nucleosídeos U-desoxirribose flanqueadores, o que permitiu o par de bases com o nucleotídeo A no DNA.
Os pesquisadores confirmaram experimentalmente queA estrutura tridimensional de uma supramolécula baseada em DNA é mantida na fase sólida: este é um requisito crítico para aplicações em células solares. Para tanto, eles testaram supramoléculas com qualquer formato de fulerenos como camada ativa de uma célula solar em miniatura. Os projetos mostraram excelente separação de cargas - a formação de um buraco positivo e uma carga negativa de elétrons no cromóforo e sua aceitação pelos fulerenos vizinhos - com qualquer formato de fulereno, mas especialmente para o segundo formato.
Os autores explicam isso de forma mais específicaligação via emparelhamento de bases canônico ao esqueleto do DNA na segunda forma, o que deve resultar em uma distância menor entre o fulereno e o cromóforo. Isso significa que a segunda forma é mais adequada para uso em células solares.
Os cientistas não esperam que todos tenhamcélulas solares com DNA no telhado. Mas a quiralidade do DNA é interessante: as células solares nessa base podem perceber a luz com polarização circular em aplicações especializadas.
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