发电站由光驱动 更有效的太阳能电池模仿光合作用

生物发电站内直接从太阳获取能量的最小构建块基本上是由收集器包围的微型反应堆,捕获光子并将它们转发到中心。结构与组件相互作用之间的密切关联提高了生产力,这是国际研究团队用于提高太阳能技术效率的战略。在Friedrich-Alexander-UniversitätErlangen-Nürnberg(FAU),物理化学I主席正在该领域开展研究,最新研究成果发表在Nature Chemistry杂志上。

绿色植物,藻类和一些细菌利用阳光转换能量。叶绿素中的色素吸收电磁辐射,引起电子中的化学反应。这些反应发生在复杂蛋白质结构的细胞核中,专家称之为光系统I和II。在这些光系统中发生的过程由催化剂以一定顺序诱导。在第一步中,氧气从水中释放出来。以下反应制备碳水化合物的生产,其中不需要进一步的能量来源。

光系统的反应中心被分成固结复合物的光吸收颜料包围。这些天线增加了可用于光线射击和扩展可用波长范围的区域,这两者都是有利能量平衡的先决条件。每个反应堆堆芯被大约30个天线包围。科学家们进行的实验仍远未复制自然界的复杂性。通常,1:1的比例是可以实现的最佳比例:一种光吸收分子与一种用于氧化水的催化剂组合。

由Dirk Guldi教授和他的前雇员Konstantin Dirian博士领导的研究小组希望通过合成基于光系统II中结构和功能之间相关性的模块来革新太阳能技术。在新开发的系统中,光吸收晶体(例如已经用于LED,晶体管和太阳能电池的晶体)被分层到围绕水氧化催化剂的六边形蜂窝网络中,在中心具有四个钌金属原子。当以相当简化的方式示出时,由具有共同长轴的两个部件组成的紧凑,稳定的单元使人联想到圆柱形电池。在自组装化学过程中,这种“微型发电站”产生二维板条。像栅格中的层一样,

这不是对自然光系统中发现的理想排列的完全准确的再现,但原理是相同的。五个具有捕获光能力的蜂窝形状的大分子在每个反应堆堆芯周围形成一个护套,并且已经表明这些小型发电站在收集太阳能方面是有效且成功的。它们的效率超过40%,损失很小。也可以使用来自植物反射的色谱的绿色部分的波长。这些研究结果滋养了太阳能技术有朝一日能够像大自然一样有效利用太阳能的希望。