(PhysOrg.com) - Våra försök att använda solenergi är fortfarande mycket ineffektiva; de sanna mästarna i detta hantverk är fotosyntetiska växter, alger, och bakterier. Vetenskapen försöker efterlikna dessa organismer.
Igor Nabiev från NanoGUNE Research Center i San Sebastian (Spanien), Alexander O. Govorov från Ohio University (USA), John Donegan från CRANN, Trinity College Dublin (Irland), och ett span spanska, irländska, franska, och ryska forskare har nu utvecklat ett nytt tillvägagångssätt för att öka ljuseffektiviteten. Som de rapporterar i journalen Angewandte Chemie, de utrustade framgångsrikt fotosyntescentret från en lila bakterie med en "ljusskördande antenn" bestående av en kvantpunkt - en oorganisk nanokristall.
I organismer, det första steget i fotosyntesen är absorptionen av ljus av en antenn, ett komplex av proteiner och pigment som förs in i ett elektroniskt exciterat tillstånd av ljusenergi. Energipaketet kan sedan föras vidare till speciella klorofyllkofaktorer i fotosyntesapparatens reaktionscentrum. Där används slutligen energin för att producera cellulära energidepåer som ATP. Överföringen av energipaket sker genom en speciell strålningsfri process som kallas Förster resonance energy transfer (FRET), där de elektroniska tillstånden för avsändarens och mottagarens energipaket måste bringas till resonans.
Konstgjorda fotosyntetiska system kräver också en antenn för effektiv skörd av ljus. Antennen måste också kunna skicka energipaketen genom FRET. Tidigare syntetiska antenner var organiska färgämnesmolekyler, som har nackdelen att fånga ett för litet våglängdsområde från solljus. Vidare, de är inte stabila under långvarig bestrålning. Den nya idén i det här fallet var att ersätta de organiska molekylerna med fluorescerande oorganiska kvantprickar som antenner. Quantum dots är nanoskopiska kristaller som är så små att de i många avseenden beter sig som molekyler snarare än som makroskopiska fasta föremål. De elektroniska och optiska egenskaperna hos kvantpunkter, inklusive de våglängder som de absorberar, kan till stor del göras på beställning, eftersom dessa är beroende av storleken, form, och punktens sammansättning.
Forskarna valde att använda kvantprickar gjorda av kadmiumtellurid och kadmiumselenid, som fluorescerar under bestrålning samtidigt som de förblir stabila på lång sikt. Storleken och ytsammansättningen valdes så att de kunde absorbera ett särskilt brett spektrum av solljus.
Forskarna kunde koppla kvantprickantennen till ett reaktionscentrum från det fotosyntetiska systemet hos en lila bakterie. Under bestrålning, kvantprickarna fluorescerar inte längre; istället för de över den absorberade energin till reaktionscentret genom FRET. Detta nya tillvägagångssätt kan öppna en väg mot nya syntetiska fotosyntetiska system.
