受自然啟發(fā)，紐約城市學(xué)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(xiàn)發(fā)表在最新一期的《 自然化學(xué)》上，可能在功能化分子組件以用于未來的太陽能轉(zhuǎn)換技術(shù)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(xiàn)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(shù)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(xì)菌，大自然設(shè)計了一種由兩部分組成的系統(tǒng)：超分子組裝體嵌入蛋白質(zhì)或脂質(zhì)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(jīng)進(jìn)化出這些復(fù)雜的蛋白質(zhì)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(fù)制光合生物中發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)支架的復(fù)雜性，但我們能夠采用保護(hù)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(xué)院的Seogjoo Jang。

迄今為止，將自然界的設(shè)計原理轉(zhuǎn)化為大規(guī)模光伏應(yīng)用一直沒有成功。

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

受自然界的啟發(fā)，研究人員證明了小的交聯(lián)分子如何克服超分子組裝功能化的障礙。他們發(fā)現(xiàn)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(jīng)證明，這些本質(zhì)上不穩(wěn)定的材料現(xiàn)在可以在設(shè)備中幸存下來，即使經(jīng)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(shè)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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