Moleculele organice care captează fotonii și îi transformă în electricitate au importante
Eficiența cuantică este considerată mai micăoptim dacă are loc „auto-stingerea”, atunci când o moleculă, excitată de un foton care intră, renunță la o parte din energie a unei molecule identice neexcitate, ca urmare a căreia cele două molecule se află într-o stare de energie intermediară, prea mică pentru formarea unui electron. Dar dacă donatorii și acceptorii de electroni sunt mai bine separați, auto-amortizarea este limitată, astfel încât eficiența cuantică este îmbunătățită.
„ADN-ul reprezintă un atractivschelă pentru crearea de supramolecule de recoltare a luminii: structura sa elicoială, distanțele fixe dintre bazele nucleotidice și împerecherea bazelor canonice controlează cu precizie poziția cromoforilor. Aici arătăm că bilele de carbon legate de nucleozide modificate introduse într-o spirală ADN îmbunătățesc semnificativ eficiența cuantică. De asemenea, arătăm că structura tridimensională a supramoleculei este conservată nu numai în faza lichidă, ci și în faza solidă, de exemplu, în viitoarele celule solare organice.”
Dr. Hans-Achim Wagenknecht, profesor de chimie organică la Institutul de Tehnologie Karlsruhe (KIT).
Ca cadru, oamenii de știință au folositADN monocatenar, lanțuri deoxiadenozină (A) și timină (T) cu 20 de nucleotide lungi. Această lungime a fost aleasă deoarece teoria sugerează că oligonucleotidele ADN mai scurte nu se vor asambla în mod ordonat, iar altele mai lungi sunt insolubile în apă. Cromoforii erau molecule fluorescente de piren cu fluorescență violetă și molecule roșii de Nil cu fluorescență roșie, fiecare dintre ele fiind legată non-covalent de un nucleozid sintetic de urazil deoxiriboză. Fiecare nucleozid a fost asociat cu o coloană vertebrală a ADN-ului, dar ordinea roșilor de piren și Nil a fost lăsată la voia întâmplării în timpul auto-asamblării.
În ceea ce privește acceptorii de electroni, oamenii de științăau testat două forme de buckyball, numite și fullerene, despre care se știe că au proprietăți excelente de stingere (recepție electronică). Fiecare buckyball a fost o bilă goală formată din inele interconectate de cinci sau șase atomi de carbon pentru un total de 60 de atomi de carbon per moleculă. Prima formă de buckyball testată se leagă nespecific de ADN prin sarcini electrostatice. A doua formă - care nu a fost testată anterior ca acceptor de electroni - a fost legată covalent prin eter malonic de două nucleozide U-deoxiriboză flancante, care i-au permis să se bazeze pereche cu nucleotida A pe ADN.
Cercetătorii au confirmat experimental acest lucruStructura tridimensională a unei supramolecule pe bază de ADN este menținută în faza solidă: aceasta este o cerință critică pentru aplicațiile celulelor solare. În acest scop, au testat supramolecule cu orice formă de buckyballs ca strat activ al unei celule solare în miniatură. Modelele au arătat o separare excelentă a sarcinii - formarea unei găuri pozitive și a unei încărcături de electroni negative în cromofor și acceptarea lor de către buckyballs vecine - cu orice formă de buckyball, dar mai ales pentru a doua formă.
Autorii explică acest lucru prin mai specificelegarea prin asocierea bazei canonice la coloana vertebrală a ADN-ului celei de-a doua forme, care ar trebui să ducă la o distanță mai mică între buckyball și cromofor. Aceasta înseamnă că a doua formă este cea mai potrivită pentru utilizarea în celule solare.
Oamenii de știință nu se așteaptă să aibă toată lumeacelule solare cu ADN pe acoperiș. Dar chiralitatea ADN-ului este interesantă: pe această bază, celulele solare pot percepe lumina cu polarizare circulară în aplicații specializate.
Citește și:
Fizicienii au creat un analog al unei găuri negre și au confirmat teoria lui Hawking. Unde duce?
Oamenii de știință au descoperit limita de viteză în lumea cuantică.
Avortul și știința: ce se va întâmpla cu copiii care vor naște.