Inspirerad av naturen, forskare vid City College i New York (CCNY) kan demonstrera en syntetisk strategi för att stabilisera bioinspirerade skördematerial från solenergi. Deras fynd, publicerad i senaste numret o Naturkemi , kan vara ett betydande genombrott i funktionaliserande molekylära sammansättningar för framtida solenergiomvandlingsteknik.

I nästan alla hörn av världen, trots extrema värme- eller kalla temperaturförhållanden, du hittar fotosyntetiska organismer som strävar efter att fånga solenergi. Att avslöja naturens hemligheter om hur man skördar ljus så effektivt och robust kan förvandla landskapet för hållbar solenergiteknik, särskilt i kölvattnet av stigande globala temperaturer.

I fotosyntes, det första steget (det vill säga ljusskörd) innebär samspelet mellan ljus och ljusskördeantennen, som består av ömtåliga material som kallas supermolekylära sammansättningar. Från gröna växter till små bakterier, naturen utformade ett tvåkomponentsystem:de supramolekylära sammansättningarna är inbäddade i protein- eller lipidställningar. Det är ännu inte klart vilken roll denna ställning spelar, men ny forskning tyder på att naturen kan ha utvecklat dessa sofistikerade proteinmiljöer för att stabilisera deras ömtåliga övermolekylära sammansättningar.

"Även om vi inte kan replikera komplexiteten hos proteinställningarna som finns i fotosyntetiska organismer, vi kunde anpassa det grundläggande konceptet med en skyddande byggnadsställning för att stabilisera vår artificiella ljusskördande antenn, "sa Dr Kara Ng. Hennes medförfattare inkluderar Dorthe M. Eisele och Ilona Kretzschmar, båda professorerna vid CCNY, och Seogjoo Jang, professor vid Queens College.

Än så länge, att översätta naturens designprinciper till storskaliga fotovoltaiska applikationer har misslyckats.

"Misslyckandet kan ligga i designparadigmet för nuvarande solcellsarkitekturer, "sade Eisele. Men hon och hennes forskargrupp, "strävar inte efter att förbättra de solcellsdesigner som redan finns. Men vi vill lära oss av naturens mästerverk för att inspirera till helt nya arkitekturer för skörd av solenergi, " tillade hon.

Inspirerad av naturen, forskarna visar hur små, tvärbindande molekyler kan övervinna hinder mot funktionalisering av övermolekylära sammansättningar. De fann att silanmolekyler kan självmonteras för att bilda en sammanlänkande, stabiliserande ställning runt en konstgjord supramolekylär ljusskördande antenn.

"Vi har visat att dessa i grunden instabila material, kan nu överleva i en enhet, även genom flera cykler av värme och kyla, "sa Ng. Deras arbete ger bevis på att en burliknande byggnadsdesign stabiliserar övermolekylära sammansättningar mot miljöstressorer, såsom extrema temperaturfluktuationer, utan att störa deras gynnsamma ljusskördande egenskaper.