Organické molekuly, ktoré zachytávajú fotóny a premieňajú ich na elektrinu, majúDôležitý
Kvantová účinnosť sa považuje za nižšiuoptimálne, ak dôjde k samozhášaniu, keď sa jedna molekula, vzrušená prichádzajúcim fotónom, vzdá časti svojej energie identickej nevybudenej molekule, v dôsledku čoho sú tieto dve molekuly v prechodnom energetickom stave, príliš nízkom na tvorbu elektrónu. Ak sú však donory a akceptory elektrónov lepšie oddelené, vlastné tlmenie je obmedzené, takže sa zvýši kvantová účinnosť.
"DNA je atraktívnym lešením na vytváranie supramolekúl na zber svetla: jeho špirálovitá štruktúra, pevné vzdialenosti medzi nukleotidovými bázami a kanonické párovanie báz presne riadiaTu ukazujeme, že uhlíkové buckyballs spojené s modifikovanými nukleozidmi vloženými do špirály DNA významne zvyšujúUkazujeme tiež, že trojrozmerná štruktúra supramolekúly je zachovaná nielen v kvapalnej fáze, ale aj v tuhej fáze, napríklad v budúcich organických solárnych článkoch."
Dr. Hans-Achim Wagenknecht, profesor organickej chémie na Technologickom inštitúte v Karlsruhe (KIT).
Ako rámec vedci použilijednoreťazcové reťazce DNA, deoxyadenozín (A) a tymín (T) dlhé 20 nukleotidov. Táto dĺžka bola zvolená, pretože teória naznačuje, že kratšie oligonukleotidy DNA sa nebudú zhromažďovať usporiadaným spôsobom a dlhšie sú nerozpustné vo vode. Chromofory boli fluorescenčné molekuly pyrénu s fialovou fluorescenciou a molekuly nílskej červene s červenou fluorescenciou, z ktorých každá je nekovalentne viazaná na jeden syntetický uracil-deoxyribózový nukleozid. Každý nukleozid bol spárovaný s bázou DNA s lešením, ale poradie pyrénovej a nílskej červene bolo počas vlastnej montáže ponechané na náhodu.
Pokiaľ ide o akceptory elektrónov, vedcitestovali dve formy buckyballs, nazývaných tiež fullerény, o ktorých je známe, že majú vynikajúce vlastnosti zhášania (príjmu elektrónov). Každá buckyball bola dutá guľa vyrobená zo vzájomne prepojených kruhov s piatimi alebo šiestimi atómami uhlíka, celkom 60 atómov uhlíka v molekule. Prvá testovaná forma buckyball sa viaže nešpecificky na DNA prostredníctvom elektrostatických nábojov. Druhá forma - predtým nebola testovaná ako akceptor elektrónov - bola kovalentne spojená cez malónový éter s dvoma priľahlými U -deoxyribózovými nukleozidmi, čo jej umožnilo vytvoriť pár báz s nukleotidom A na DNA.
Výskumníci experimentálne potvrdili, že trojrozmerná štruktúra supramolekúly na báze DNA je zachovaná v pevnej fáze: to je kľúčová požiadavka pre aplikácie v solárnych článkoch.Za týmto účelom testovali supramolekuly s akoukoľvek formou kníhkupectiev ako aktívnu vrstvu miniatúrneho solárneho článku.Návrhy vykazovali vynikajúcu separáciu náboja – vytvorenie kladnej diery a záporného elektrónového náboja v chromofore a ich prijatie susednými buckyballami – s akoukoľvek formou buckyballu, ale najmä pre druhú formu.
Autori to vysvetľujú konkrétnejšieväzba kanonickým párovaním báz s chrbticou DNA druhej formy, čo by malo viesť k menšej vzdialenosti medzi buckyball a chromoforom. To znamená, že druhá forma je najvhodnejšia na použitie v solárnych článkoch.
Vedci neočakávajú, že ich bude mať každýsolárne články s DNA na streche. Chiralita DNA je však zaujímavá: solárne články na tomto základe môžu v špecializovaných aplikáciách vnímať svetlo s kruhovou polarizáciou.
Prečítajte si tiež:
Fyzici vytvorili analóg čiernej diery a potvrdili Hawkingovu teóriu. Kadiaľ vedie?
Vedci objavili rýchlostný limit v kvantovom svete.
Potraty a veda: čo sa stane s deťmi, ktoré budú rodiť.