在DNA上的Buckyballs收获光

超分子结构提高了太阳能电池的光收获效率

作者:米沙·迪杰斯特拉,前沿科学作家雷竞技rebat

来自卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员表明,DNA可以作为收集光的超分子的支架,其中荧光染料作为电子供体,巴基球作为电子受体。DNA规则的三维结构通过减少所谓的自猝灭来提高光到电子的转换效率。这种基于dna的超分子可以用于未来的有机太阳能电池。

图片:Yes058 Montree Nanta/Shutterstock

捕获光子并将这些转换为电力的有机分子具有用于产生绿色能量的重要应用。光收获配合物需要两个半导体,电子给体和受体。通过它们的量子效率测量它们的工作方式,将光子转化为电子 - 孔对的速率。如果存在“自淬火”,量子效率低于最佳,其中通过进入光子激发的一种分子将其一些能量赋予相同的非激发分子,在中间能量状态下产生两个分子,不能产生电子- 井对。但是如果电子供体和受体更好地隔离,则自熄受限,因此量子效率提高。

在一篇新的论文中雷竞技rebat化学中的边界德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员在DNA的基础上合成了一种新型有机吸光超分子。DNA的双螺旋结构起着支架作用,在三维空间中排列起作为电子供体的发色团(即荧光染料)和“巴基球”(电子受体),以避免自猝灭。


►.阅读原文
►.下载原文(pdf)


“DNA是一种有吸引力的脚手架,用于建造射击次扑椒区:其螺旋结构,核碱基之间的固定距离,以及规范底座配对精确地控制发色团的位置。在这里,我们表明碳粉球结合在DNA螺旋中的修饰核苷,大大提高了量子效率。We also show that the supramolecule’s 3D structure persists not only in the liquid phase but also in the solid phase, for example in future organic solar cells,” says lead author Dr Hans-Achim Wagenknecht, professor for organic chemistry at Karlsruhe Institute of Technology (KIT).

DNA提供常规结构,如螺旋弦上的珠子

作为支架,Wagenknecht和同事使用了单链DNA,脱氧腺苷(A)和胸腺嘧啶(T)链20个核苷酸长。之所以选择这个长度,是因为理论表明,较短的DNA寡核苷酸不会有序聚集,而较长的DNA寡核苷酸不溶于水。发色团是紫罗兰荧光的芘和红色荧光的尼罗红分子,每一个都以非共价结合在一个合成尿嘧啶(U)-脱氧核糖核苷上。每个核苷都与DNA支架碱基配对,但比利牛斯和尼罗河红的顺序是在自我组装过程中随机产生的。

对于电子受护者,Wagenknecht。测试了两种形式的“巴基球”——也叫富勒烯——这两种物质已知具有极好的“猝灭”能力(接受电子)。每个巴基球都是由5到6个碳原子组成的链环组成的空心球体,每个分子总共有60个碳原子。测试的第一种巴基球通过静电与DNA非特异性结合。第二种形式——以前没有测试过作为电子受体——通过丙二酸酯与两侧的u -脱氧核糖核苷共价结合,这使得它可以与DNA上的a核苷酸碱基配对。

高量子效率,包括在固相

研究人员通过实验证实,基于DNA的Supramolecule的3D结构在固相中持续存在:太阳能电池中的应用的关键要求。为此,它们以微型太阳能电池中的任一形式的鼠李标记为活性层测试了Suprameolecules。构建体显示出优异的电荷分离 - 形成发色团中的正孔和负电荷的形成及其附近的鸭绒球接受 - 具有任一种形式的副球,但特别是第二种形式。作者从更具体的结合解释这一点,通过典型碱基配对,通过第二种形式到DNA支架,这应导致鼠李和发色团之间的较小距离。这意味着第二种形式是在太阳能电池中使用的更好的学科。

重要的是,作者还证明了dna染料巴基球超分子具有很强的圆二色性,也就是说,由于其复杂的三维螺旋结构,它对左旋偏振光的反应性比对右旋偏振光强得多,即使在固相中也是如此。

“我不认为每个人都能很快在屋顶上安装带有DNA的太阳能电池。但DNA的手性将是有趣的:基于DNA的太阳能电池可能在特殊应用中感知圆偏振光,”Wagenknecht总结道。

来源文章:具有富勒烯的分子色团-DNA架构:光学性质和太阳能电池

重新发布指南:开放式访问和共享研究是一部分雷竞技rebat前沿的使命。除非另有说明,否则您可以重新发布在边境新闻博客中发布的文章 - 只要您包含返回原始研究的链接。雷竞技rebat雷竞技公司不允许出售物品。