受自然啟發(fā)，紐約城市學院(CCNY)的研究人員可以展示一種合成策略，以穩(wěn)定受生物啟發(fā)的太陽能收集材料。他們的發(fā)現發(fā)表在最新一期的《 自然化學》上，可能在功能化分子組件以用于未來的太陽能轉換技術方面取得重大突破。

盡管極端高溫或低溫條件下，在世界幾乎每個角落，您都會發(fā)現光合作用的生物正在努力捕獲太陽能。揭示自然界如何高效有效地收集光能的秘密，可能會改變可持續(xù)太陽能技術的面貌，尤其是在全球溫度上升的情況下。

在光合作用中，第一步(即光收集)涉及光與光收集天線之間的相互作用，該天線由稱為超分子組件的易碎材料組成。從綠葉植物到微小細菌，大自然設計了一種由兩部分組成的系統：超分子組裝體嵌入蛋白質或脂質支架中。尚不清楚該支架發(fā)揮什么作用，但最近的研究表明自然界可能已經進化出這些復雜的蛋白質環(huán)境來穩(wěn)定其易碎的超分子組裝體。

卡拉·吳博士說：“盡管我們無法復制光合生物中發(fā)現的蛋白質支架的復雜性，但我們能夠采用保護性支架的基本概念來穩(wěn)定人造光收集天線。” 她的合著者包括CCNY的教授Dorthe M. Eisele和Ilona Kretzschmar，以及皇后學院的Seogjoo Jang。

迄今為止，將自然界的設計原理轉化為大規(guī)模光伏應用一直沒有成功。

Eisele說：“失敗可能在于當前太陽能電池架構的設計范式。” 但是，她和她的研究小組“并非旨在改善已經存在的太陽能電池設計。但是，我們希望向自然界的杰作學習，以激發(fā)全新的太陽能收集架構。”她補充說。

受自然界的啟發(fā)，研究人員證明了小的交聯分子如何克服超分子組裝功能化的障礙。他們發(fā)現硅烷分子可以自組裝，在人造的超分子光收集天線周圍形成一個互鎖的，穩(wěn)定的支架。

Ng說：“我們已經證明，這些本質上不穩(wěn)定的材料現在可以在設備中幸存下來，即使經過多次加熱和冷卻循環(huán)也是如此。” 他們的工作提供了概念證明，籠狀的支架設計可以穩(wěn)定超分子組件，使其免受環(huán)境壓力(例如極端溫度波動)的影響，而不會破壞其良好的采光性能。

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