科学家通过结合蛋白质和量子点创建太阳能电池



美国国家研究核大学MEPhI(俄罗斯)的科学家基于由量子点(QD)和光敏蛋白质组成的混合材料,创建了一种新型的太阳能电池板。创作者认为,它在太阳能和光学计算方面具有巨大潜力。

科学家通过结合蛋白质和量子点创建太阳能电池

MEPhI研究的结果发表在《生物传感器和生物电子学》上。

单细胞生物的细菌古细菌视紫红质可以将光能转化为化学键的能量(如植物中的叶绿素)。这是由于正电荷通过细胞膜转移而发生的。细菌视紫红质起质子泵的作用,使其成为太阳能电池板的即用型天然元素。

细菌视紫红质和叶绿素之间的主要区别在于其无需氧气即可运行的能力,从而使古细菌可以生活在非常凶险的环境中,例如死海的深处。这种能力在进化上导致了它们的高化学,热和光学稳定性。同时,通过泵送质子,细菌视紫红质在十亿分之一秒内会多次变色。这就是为什么它是用于创建全息处理单元的有前途的材料的原因。

MEPhI的科学家已经能够通过将细菌视紫红质与量子点(QDs)结合来显着改善细菌视紫红质的特性,量子点能够将光能集中在几纳米的尺度上,并将其传输至细菌视紫红质而不发光。

“我们创建了一种高效的,可操作的光敏电池,该光敏电池通过在非常低的光子激发下转换光来产生电流。在正常情况下,这种电池不起作用,因为细菌视紫红质等光敏分子只能在非常窄的能量下有效地吸收光但是量子点可以在很宽的范围内做到这一点,甚至可以将两个低能光子转换成一个高能光子,就好像堆叠它们一样。” MEPhI的一位研究人员和该研究的作者之一维克托·克里文科夫说。

据研究人员说,为高能光子的辐射创造了条件,量子点可能不会辐射它,而是将其传输到细菌视紫红质上。因此,MEPhI科学家设计了一种能够在光谱的近红外到紫外区域照射下工作的细胞。

“我们在化学,生物学,粒子物理学和光子学的交叉点采用跨学科方法。量子点是使用化学合成方法产生的,然后将它们涂上分子,使其表面同时具有生物相容性和带电性,然后将它们结合到太古细菌视紫红质的含嗜盐杆菌的紫色膜的表面上。其结果是,我们已获得的杂交复合物与励磁的非常高(约80%)效率的能量从传递量子点到细菌视紫红质”的MEPhI纳米的前导科学家生物工程实验室的Igor Nabiev说。

根据研究人员的说法,所获得的结果显示出基于生物结构产生高效光敏元件的潜力。它们不仅可以用于提供太阳能,还可以用于光学计算。

作者强调了生物杂交纳米结构材料的高质量和超越最佳商业样品的前景,其效率可能会大幅提高。研究小组在这个方向上的下一个目标是优化光敏电池的结构。




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