Ученые наблюдали перемещение энергии по биомиметическим нанотрубкам

Международная команда специалистов изучила простую биомиметическую светособирающую систему, использовав современную спектроскопию и микрожидкостную платформу. Структура эффективно работает при слабом излучении, подходит для нового поколения материалов, собирающих и передающих фотонную энергию.

Исследование было проведено учеными из университетов Гронингена (Нидерланды) и Вюрцбурга (Германия), сообщает phys.org. Рассмотренные двухстенные нанотрубки хорошо работают при свете низкой интенсивности, эффективно избавляясь от излишков энергии.

Выводы проекта опубликованы в Nature Communications.

Ученые активно пытаются расшифровать функциональность фотосинтетических комплексов, эффективно собирающих солнечный свет даже в темной среде. Понимание транспорта энергии в наномерном масштабе – ключ к потенциальному применению процесса в оптоэлектронике. Сложность натуральных фотосинтетических систем, состоящих из множества иерархически выстроенных подблоков, заставила ученых переключиться на биомиметические аналоги. Структуру, напоминающую природные аналоги, проще контролировать.

Целью исследования было составление подробной картины транспорта энергии в искусственном светособирающем комплексе. Ученые использовали новую лабораторию на чипе, сочетающую многомерную спектроскопию с временным разрешением, микрожидкостную платформу и интенсивное теоретическое моделирование.

Рассматриваемая система имитировала сеть многослойных антенн фотосинтетических бактерий. Биомиметическое устройство состоит из светособирающих молекул, самостоятельно формирующих двустенные нанотрубки.

«Даже такая структура достаточно сложная, — сказал профессор Университета Гронингена, Максим Пшеничников, чья группа разработала микрожидкостную платформу, избирательно растворяющую внешнюю стенку. – Она нестабильна, но подлежит изучению в поточной системе».

При свете низкой интенсивности фотоны поглощались обоими слоями, создавая экситоны.

«Разный размер стенок обеспечивал разделение частиц по длинам волн, — сказал Пшеничников. – Это повышает эффективность. При интенсивном освещении появляется большое количество экситонов. Когда пара сталкивается, один исчезает. Это – разновидность защитного механизма».

Авторы показали способность нанотрубок адаптироваться к меняющимся условиям. Они имитируют основные функциональные элементы природного комплекса, избавляясь от излишков энергии при обилии света. Свойства помогут лучше управлять ее транспортом в сложных молекулярных материалах.