Fotosintesis buatan: titik kuantum sebagai antena cahaya

Penyelidik sedang membangunkan pendekatan baru untuk meningkatkan output cahaya

Photon memenuhi quantum dot © Gesellschaft Deutscher Chemiker
membaca dengan kuat

Sarjana sejati dalam penggunaan tenaga solar adalah tumbuhan fotosintetik, alga dan bakteria. Para saintis telah cuba untuk meniru organisma ini. Pasukan penyelidikan antarabangsa kini telah membangunkan pendekatan baru untuk meningkatkan keluaran cahaya sistem fotosintesis buatan.

Seperti yang dilaporkan penyelidik dalam jurnal "Angewandte Chemie", mereka berjaya melengkapkan pusat tindak balas fotosintesis alga ungu dengan titik kuantum, sebuah nanocrystal bukan organik, sebagai "antena" untuk menangkap cahaya.

"Antena" menyerap cahaya

Dalam organisma, langkah pertama dalam fotosintesis adalah penyerapan cahaya oleh "antena", kompleks protein dan pigmen, yang melewati tenaga cahaya menjadi keadaan yang teruja secara elektronik. "Pakej tenaga" kini boleh diteruskan ke kafaktor klorofil tertentu di pusat reaksi yang dipanggil radas fotosintesis. Di sana mereka akhirnya digunakan untuk menghasilkan penyimpanan tenaga sel seperti ATP.

'Penyerahan' pakej tenaga dilakukan melalui proses bukan radiasi khas yang dipanggil 'Förster Resonance Energy Transfer' (FRET), di mana keadaan elektronik 'penghantar' dan 'penerima' pakej tenaga mesti bergema 'bersamaan'.

Cekap "penuaian" zarah cahaya

Juga sistem fotosintesis tiruan mesti mempunyai antena untuk "menuai" yang berkesan zarah-zarah cahaya, yang juga dapat menyampaikan pakej tenaga melalui FRET. Antena buatan sebelumnya, molekul pewarna organik, menurut para penyelidik mempunyai kelemahan yang mereka dapati pelbagai cahaya matahari yang terlalu sempit. Di samping itu, mereka tidak stabil di bawah penyinaran yang berpanjangan. paparan

Idea Igor Nabiev dari pusat penyelidikan NanoGUNE di San Sebastian, Alexander Oh Govorov dari Ohio University, John Donegan dari Dublin Trinity College Dublin, dan satu pasukan saintis Sepanyol, Ireland, Perancis dan Rusia kini, bukannya molekul organik bukan organik fluorescent Untuk menggunakan titik kuantum sebagai antena.

Kristal nanoskopik

Titik kuantum adalah kristal nanoskopik yang sangat kecil yang mereka bertindak seperti molekul dalam banyak aspek, tidak seperti pepejal makroskopik. Ciri-ciri elektronik dan optik titik-titik kuantum, seperti panjang gelombang yang mereka nyerap, boleh disesuaikan secara besar-besaran, kerana ini bergantung pada saiz, bentuk dan komposisi mereka.

Para penyelidik memilih titik kuantum cadmium telluride dan kadmium selenide, yang melengkung di bawah pencahayaan. Pada masa yang sama, mereka kekal stabil dalam jangka panjang. Saiz dan kualiti permukaan titik-titik kuantum telah dipilih supaya mereka dapat menangkap pelbagai cahaya matahari yang sangat luas.

Titik kuantum menyampaikan paket tenaga

Ahli kimia berjaya menggabungkan titik kuantum antena ke pusat tindak balas sistem fotosintesis bakteria ungu. Apabila penyinaran, titik kuantum tidak lagi menyala tetapi sebaliknya menyalurkan tenaga yang diserap ke pusat tindak balas seperti yang dikehendaki melalui FRET. Oleh itu, pendekatan baru boleh membuka jalan untuk sistem fotosintesis buatan baru.

(idw - Persatuan Ahli kimia Jerman, 26.10.2010 - DLO)