Vật liệu quang hợp nhân tạo
Thực vật và một số sinh vật quang hợp khác sử dụng nhiều loại sắc tố hấp thụ các bước sóng khác nhau của ánh sáng. Các nhà nghiên cứu MIT đã phát triển một mô hình lý thuyết để dự đoán các quang phổ của ánh sáng bị hấp thụ bởi tổng thể các sắc tố, dựa trên cấu trúc của chúng. |
| Các ănten quang hợp chứa các sắc tố hấp thụ ánh sáng chuyển đổi năng lượng thành protein. |
Mô hình mới này có thể giúp các nhà khoa học thiết kế các loại mới của các tế bào năng lượng mặt trời làm bằng vật liệu hữu cơ có hiệu quả nắm bắt ánh sáng và kênh kích thích ánh sáng gây ra, theo các nhà nghiên cứu.
"Hiểu được sự nhạy cảm tương tác giữa sự tự lắp ráp cấu trúc thượng tầng sắc tố và các đặc tính quang học, vận chuyển điện tử của nó là rất mong muốn cho sự tổng hợp của vật liệu mới và thiết kế và hoạt động của các thiết bị hữu cơ dựa trên," Aurelia Chenu, một tiến sĩ MIT và nói tác giả chính của nghiên cứu, trong đó xuất hiện trên tạp chí Physical Review Letters vào ngày 03 tháng 1.
Sắc tố tham gia quá trình quang hợp
Quang hợp, được thực hiện bởi tất cả các loài thực vật và tảo, cũng như một số loại vi khuẩn, cho phép sinh vật để khai thác năng lượng từ ánh sáng mặt trời để xây dựng đường và tinh bột. Chìa khóa cho quá trình này là bắt được các photon của ánh sáng bởi các sắc tố quang hợp, và việc chuyển đổi liên tục để kích thích các trung tâm phản ứng, điểm khởi đầu của quá trình chuyển đổi hóa học. Chất diệp lục, chất mà hấp thụ ánh sáng màu xanh và đỏ, là ví dụ nổi tiếng nhất, nhưng có nhiều các chất khác, chẳng hạn như carotenoid, hấp thụ ánh sáng màu xanh và màu xanh lá cây, cũng như những chất khác chuyên để hấp thu ánh sáng hiếm hoi có sẵn sâu trong đại dương.Những sắc tố phục vụ như là các khối xây dựng có thể được sắp xếp theo nhiều cách khác nhau để tạo ra các cấu trúc được gọi là khu phức hợp khai thác ánh sáng, hoặc râu anten, mà hấp thụ các bước sóng khác nhau của ánh sáng phụ thuộc vào thành phần của sắc tố và cách thức chúng được lắp ráp.
|
| Các ănten quang hợp chứa các sắc tố hấp thụ ánh sáng chuyển đổi năng lượng thành protein. |
"Thiên nhiên đã nắm vững nghệ thuật này, phát triển từ một số lượng rất hạn chế về khối xây dựng một sự đa dạng ấn tượng của các phức hợp khai thác ánh sáng quang hợp, mà rất linh hoạt và hiệu quả", Chenu, người cũng là một thành viên của Quốc Quỹ khoa học Thụy Sĩ nói.
Chenu và Jianshu Cao, giáo sư hóa học của MIT và là tác giả chính của bài báo, muốn tìm hiểu cách thức tổ chức của các sắc tố khác nhau xác định các tính chất quang và điện của mỗi anten. Đây không phải là một quá trình đơn giản bởi vì mỗi sắc tố được bao quanh bởi các protein có thể tinh chỉnh các bước sóng của photon phát ra. Những protein này cũng ảnh hưởng đến việc chuyển giao kích thích và gây ra một số năng lượng để tiêu tan khi nó chảy từ một sắc tố tiếp theo.
Mô hình mới Chenu và Cao sử dụng phép đo thực nghiệm của quang phổ của ánh sáng bị hấp thụ bởi các phân tử sắc tố khác nhau và các protein xung quanh chúng. Sử dụng thông tin này như là đầu vào, các mô hình có thể dự đoán quang phổ của ánh sáng bị hấp thụ bởi bất kỳ tập hợp nào, tùy thuộc vào loại sắc tố đó bao gồm. Mô hình này cũng có thể dự đoán mức độ chuyển giao năng lượng giữa mỗi tập hợp.
Mô hình này lần đầu tiên cung cấp một liên kết hệ thống giữa các cấu trúc của râu anten và tính chất quang học và điện tử của chúng. Các nhà khoa học làm việc trên việc thiết kế vật liệu hấp thụ ánh sáng, sử dụng các chấm lượng tử hoặc các loại vật liệu nhạy sáng, có thể sử dụng mô hình này để giúp dự đoán những loại ánh sáng sẽ được hấp thụ và làm thế nào năng lượng sẽ chảy qua các vật liệu, theo cấu trúc ăng ten, Chenu nói.
"Mục tiêu rất dài hạn sẽ là tạo nên các nguyên tắc thiết kế cho sự thu nhận ánh sáng nhân tạo," cô nói. "Nếu chúng ta hiểu được quá trình tự nhiên, sau đó chúng ta có thể suy ra cấu trúc cơ bản lý tưởng, chẳng hạn như các liên kết giữa các sắc tố là gì."
(Toto - Theo Phys.org)
0 comments:
Post a Comment