Синтетичні кільця імітують енергетичні системи рослин з молекулярною точністю
Синтетичні кільця імітують енергетичні системи рослин з молекулярною точністю
Рослини завжди надихали науковців своєю неймовірною здатністю перетворювати сонячне світло на енергію завдяки спеціально організованим пігментним кільцям. Тепер дослідники з Osaka Metropolitan University зуміли відтворити цю архітектуру за допомогою синтетичних молекул, які самозбираються у стопчасті кільця, здатні до циркуляції енергії та заряду, імітуючи фотосинтетичні процеси.
Фотосинтетичні організми покладаються на кільцеві пігментні кластери для ефективного поглинання сонячного світла. Ці кільця демонструють тороїдальну кон’югацію – безперервну циркуляцію енергії та заряду. Відтворення цього явища могло б змінити дизайн сонячних елементів, але до теперішнього моменту штучні версії обмежувалися лише ізольованими молекулами.
“Штучні версії тороїдальної кон’югації були обмежені однією молекулою”, пояснив Daisuke Sakamaki, доцент університету та провідний автор дослідження.
Щоб подолати цю обмеженість, команда розробила багатомолекулярну структуру, використовуючи фталоціаніни – плоскі ароматичні сполуки, поширені в барвниках і фотовольтаїці. Кожна молекула містить вісім вертикальних, стовпоподібних розширень, що сприяють переносу електронів. Ці молекули самозбираються в зчеплені пари, в підсумку формуючи щільно спаковане, 16-шарове кільце. Така конфігурація тісно узгоджує молекулярні площини, забезпечуючи ефективний рух енергії та заряду навколо кільця, схожий на природні системи збору світла.
Структурну цілісність кільця перевірили за допомогою рентгенівської кристалографії, тоді як спектроскопічні та теоретичні аналізи виявили активну циркуляцію енергії та заряду як у заряджених, так і в збуджених станах.
“Це перший чіткий свідок міжмолекулярної тороїдальної кон’югації”, сказав Sakamaki. “Не тільки це підтверджує, що заряд та енергія можуть циркулювати в таких assemblies, але й переосмислює наш підхід до використання фталоціанінів – матеріалів із понад столітньою історією.”
Цей прорив підкреслює, як прості молекулярні компоненти, керовані самозбіркою, можуть відтворювати складні енергетичні механізми природи. Дослідження може привести до інноваційних застосувань у генерації енергії та оптоелектроніці.
“Наш план – поширити цей підхід на різні типи молекул, з метою розробки ширшого спектру кон’югованих систем для майбутніх енергетичних та оптоелектронних застосувань,” зазначив Sakamaki.
