研究人员克服了仿生太阳能收集材料的障碍
受大自然的启发，纽约城市学院 (CCNY) 的研究人员可以展示一种合成策略来稳定受生物启发的太阳能收集材料。他们的发现发表在最新一期的《自然化学》上，可能是未来太阳能转换技术分子组装功能化的重大突破。
在世界的几乎每个角落，尽管有极热或极冷的温度条件，您都会发现光合生物正在努力捕捉太阳能。揭开大自然如何如此高效和稳健地收集光的秘密可以改变可持续太阳能技术的格局，尤其是在全球气温上升之后。
在光合作用中，第一步(即光捕获)涉及光和光捕获天线之间的相互作用，光捕获天线由称为超分子组装体的易碎材料组成。从绿叶植物到微小细菌，大自然设计了一个由两部分组成的系统：超分子组装体嵌入蛋白质或脂质支架内。目前尚不清楚这种支架扮演什么角色，但最近的研究表明，大自然可能已经进化出这些复杂的蛋白质环境来稳定它们脆弱的超分子组装。
“虽然我们无法复制在光合生物中发现的蛋白质支架的复杂性，但我们能够采用保护性支架的基本概念来稳定我们的人造光收集天线，”Kara Ng 博士说。她的合著者包括 CCNY 教授 Dorthe M. Eisele 和 Ilona Kretzschmar，以及皇后学院教授 Seogjoo Jang。
迄今为止，将大自然的设计原理转化为大规模光伏应用一直没有成功。
“失败可能在于当前太阳能电池架构的设计范式，”Eisele 说。然而，她和她的研究团队“并不打算改进已经存在的太阳能电池设计。但我们希望从大自然的杰作中学习，以激发全新的太阳能收集架构，”她补充道。
受大自然的启发，研究人员展示了小的交联分子如何克服超分子组装体功能化的障碍。他们发现，硅烷分子可以自组装，在人造超分子捕光天线周围形成互锁、稳定的支架。
“我们已经证明，这些本质上不稳定的材料现在可以在设备中存活，即使经过多次加热和冷却循环，”Ng 说。他们的工作提供了概念证明，即笼状支架设计可以稳定超分子组件以抵抗环境压力因素，例如极端温度波动，而不会破坏其有利的光捕获特性。
该研究得到了 CCNY 的 Martin 和 Michele Cohen 科学基金、美国能源部的太阳能光化学计划、基础能源科学办公室和国家科学基金会(NSF CREST IDEALS 和 NSF-CAREER)的支持。
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新能源
2021-06-10
