ТеорФизика
Стерлитамакский филиал БашГУ

Главная » 2012 » Июль » 11

Ученые объяснили, как нано трубки на основе красителя помогут накопить больше солнечной энергии

11.07.2012 929 5.0 yelena_belashova
Компании, которые занимаются коммерческим производством солнечных батарей, несказанно рады, если эффективность преобразования солнечного света в электричество достигает хотя-бы 20%. Улучшение показателя хотя-бы еще на 1% - это действительно ощутимый прогресс. Однако природа, которая миллиарды лет «оттачивала и дорабатывала» процесс фотосинтеза, справляется с подобной задачей куда лучше нас. Микроорганизмы, которые называются зеленой серной бактерией и живут в глубинах океана, куда практически не проникают солнечные лучи, могут накапливать до 98% энергии того света, который все же к ним попадает.

Сейчас исследователи, во главе которых стоят постдоктора из Массачусетского Технологического Института (МТИ), создали и изучили искусственную систему, которая моделирует метод вышеупомянутых глубинных микроорганизмов захватывать свет. По словам ученых, дальнейшее понимание фундаментальных процессов накопления света может позволить использовать совершенно новые подходы к «захвату» и накоплению солнечной энергии. Свои данные по этой работе исследователи опубликовали в журнале Nature Chemistry.

Созданная исследователями искусственная модель представляет собой самоорганизующуюся систему из молекул красителя, которые образуют равномерные двухслойные нано трубки. Эти трубки (шириной всего 10 нанометров, в длину в тысячи раз больше) точно такие же в размере, по форме и по функциям как и рецепторы зеленой серной бактерии, которые собирают энергию солнечных лучей.

По словам постдоктора Дортэ Айзеле из МТИ, которая ранее опубликовала статью с описанием искусственно созданной модели, это величайшая загадка природы, как этим организмам удается так эффективно накапливать солнечную энергию. Она отмечает также, что едва ли именно этот вид искусственных нано трубок вряд ли найдет практическое применение. А вот те эксперименты, которые проводились учеными в рамках данного исследования, чтобы изучить основополагающие принципы работы рецепторов, вполне могут помочь найти оптимальные материалы для конкретного использования.

Для Дорте Айзеле особый интерес созданная ими искусственная модель представляет своей «красотой» и наглядностью, позволяя тщательно проанализировать все процессы и понять, как подобные структуры реагируют на воздействие света. Представленная учеными система не похожа на типичные самоорганизующиеся системы, в которых каждая структура может немного отличаться. Двухслойные нано трубки этой искусственной системы, которые созданы из красителя на основе цианина, образуют идеально правильные формы абсолютно одинакового размера.

Один из основных вопросов, которым задавалась команда исследователей, заключался в следующем: представляли ли собой 2 концентрических цилиндра двухслойной нано трубки единую систему для поглощения солнечной энергии или же каждый отдельный цилиндр действовал сам по себе.

Для того, чтобы ответить на этот вопрос, ученые нашли способ деактивировать один из двух цилиндров путем окисления молекул внешней стенки. Трубчатая структура при этом оставалась нетронутой, но не стало оптического ответа внешней стенки, в то время как оптический ответ внутренней трубки остался. Сравнив оптические ответы цилиндров в этих двух режимах, ученые пришли к выводу, что каждый из цилиндров – это отдельная система. 

У природы ушли тысячелетия на то, чтобы сделать систему поглощения солнечной энергии различными организмами оптимальной. Поняв, как протекают все естественные процессы, люди научатся применять знания на практике при создании своих рукотворных систем, накапливающих энергию солнца.

Эти исследования проводились при поддержке Интегративного исследовательского института наук в Берлине, Национального научного фонда, Фонда Александра фон Гумбольдта, Министерства энергетики, Агентства передовых оборонных исследований.

Источник материала: phys.org
Комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Сайт управляется системой uCoz