东京理工大学的研究人员已经开发了一种基于自然光合作用原理的新型高效采光系统。

Osamu Ishitani在他的实验室。

Osamu Ishitani在他的实验室。

长期以来,科学家一直在尝试模仿植物通过光合作用从太阳中收集能量的方式。植物可以使用叶中的叶绿素分子制成的触角,甚至吸收微弱的阳光下的光子。然后,这种吸收的能量被转移到反应中心,在这里植物会产生用作食物的糖。迄今为止,为复制这种超高效自然过程而建立的人工系统仅限于具有几个光吸收剂的单个反应中心,并且无法从低光子水平的光源(如阳光)吸收足够的能量。

现在,东京工业大学的Osamu Ishitani以及Toyota Central R的研究人员&D Labs,Inc.基于光合作用的自然两步过程创建了一个高效的人工光收集系统。新系统使用人为“leaves”作为光吸收剂,它们通过金属络合物传递能量,为最终的能量受体提供能量。

“使用分子装置(例如所谓的光催化剂)制造高效的太阳能转换器非常困难,因为分子太小且太阳光太稀了,” explains Ishitani. “这样的系统将需要大量的分子装置,其制造昂贵且费时。引入具有将光收集成太阳能的能力的设备将是一种可能的解决方案。”

Ishitani和他的团队意识到,构建具有多个吸光器的系统可为更少的能量继电器供电“antennae”与能量受体相连的光将允许更多的光子从稀光中吸收,而在此过程中损失的能量更少。

研究人员用440创建了一个设备“leaves”使用由所谓的周期性介孔有机硅(PMO)和吸光联苯(Bp)制成的管。 PMO-Bp络合物与五个相连的rh金属棒相连,这些棒将PMO-Bp收集的光能直接转移到中心钌球上。这样,来自光源的光子非常有效地集中,首先穿过the棒,然后进入钌反应中心,途中几乎没有能量损失。

(左)连接到tetra四聚体中心的钌络合物被吸附到周期性介孔有机硅(PMO)的介孔中。 (右)被PMO骨架吸收的光子首先被浓缩到the低聚物,然后被浓缩到钌反应中心。

(左)连接到tetra四聚体中心的钌络合物被吸附到周期性介孔有机硅(PMO)的介孔中。 (右)被PMO骨架吸收的光子首先被浓缩到the低聚物,然后被浓缩到钌反应中心。

In a series of tests using the new system, Ishitani and his team found that the reaction center of their device was capable of emitting a strong light powered by the photonic energy from the 树叶.

该新系统可用于构建更好的光催化剂,可用于许多目的,包括减少CO2和水氧化光催化。但是,Ishitani及其同事指出,在这种系统中人工光合作用变得普遍还需要一段时间,因为该过程需要大量的进一步研究和开发。

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