Синтетические антенны собирают свет подобно природным

Синтетическая антенна позволяет направлять энергию фотонов на реакционный центр без разрушительной фотонной аннигиляции. Синтетическая антенна позволяет направлять энергию фотонов на реакционный центр без разрушительной фотонной аннигиляции.

Исследователи из Великобритании и Франции создали молекулу красителя, которая моделирует светопоглощающий комплекс, локализованный в растениях. Новая система, которая может поглощать свет с любой длиной волны, может стать основой для создания мощных солнечных батарей небольшого размера, способных работать при небольшом освещении и даже в помещениях.

Главная проблема солнечных батарей заключается в том, что для их работы требуется большая интенсивность излучения из-за низкого коэффициента полезного действия таких устройств. Большая часть световой энергии, падающей на солнечную панель, теряется из-за явления, известного как аннигиляция фотонов – не все фотоны, которые улавливает фотохимическое устройство, могут быть преобразованы в энергию требуемого типа – часть фотонов начинают активировать цепочки фотохимических превращений, которые в итоге приводят к разрушению устройства.

В организме растений эта проблема решается за счет сбора света с помощью сложных светособирающих антенн, представляющих собой набор молекул белков и пигментов (одним из которых является хлорофилл), адсорбирующих фотоны и направляющих их энергию к реакционному центру, на котором происходит выработка химической энергии. Это позволяет растениям вырабатывать энергию и накапливать биомассу в условиях и слабой и сильной освещенности, попутно защищая себя от фотонной аннигиляции за счет запасания энергии в пигментах.

Хотя ранее и предпринимались попытки моделирования таких природных антенн в с помощью фотосенсибилизаторов, получения и стабилизация необходимых для такого процесса молекул является непростой задачей из-за сложной структуры молекул-моделей.

Исследователям из групп Антони Харримана (Anthony Harriman) из Университета Ньюкасла и Рэймонда Цисселя (Raymond Ziessel) из Университета Страсбурга разработали синтетическую систему для светопоглощения.

Исследователи использовали пиреновые и борсодержащие (Bodipy) красители, которые способствуют потере фотонов и предотвращают образование частиц в высокоэнергетическом состоянии, которые обычно участвуют в фотолитической деградации устройства.

Харриман отмечает, что для хорошей солнечной ячейки необходим надежный источник фотонов с подходящей длиной волны. Он подчеркивает, что новая система может поглощать свет со всеми длинами волн, быстро конвертируя ультрафиолет в красный свет, не давая образоваться реакционноспособным интермедиатам.

Исследователи разработали воронкообразную молекулу, состоящую 21 хромофор. При поглощении фотонов периферией системы они каскадами перемещаются к терминальному акцептору фотонов, однако перемещение между различными позволяет решить проблему фотонной аннигиляции. Новую систему можно считать принципиально новой концепцией для создания системы искусственного фотосинтеза, которая, в перспективе, окажет существенное влияние на производство солнечных батарей.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4 (9 votes)
Источник(и):

1. chemport.ru