以自然为模型的高效生物太阳能电池

该小组于2020年5月11日在《材料化学杂志A》上在线预发布了他们的报告。

模仿植物，藻类和细菌

生物太阳能电池是一种将阳光转化为电能的创新概念。它们是使用自然界的生物成分制成的。它们的核心是所谓的光系统：大型蛋白质复合物，负责植物，藻类和蓝细菌的能量转换。光电系统II(简称PSII)在此过程中起着核心作用，因为它可以使用水作为电子源来发电。

到目前为止，在试管中的合作均未成功

RUB光合作用分子机制项目组负责人Marc Nowaczyk教授解释说：“但是，由于PSII的独特性，它的效率受到限制，因为它只能使用一定比例的阳光。”特别是在所谓的绿色差距方面，PSII几乎处于无效状态。蓝细菌通过形成特殊的聚光蛋白，即藻胆体，也解决了这个问题，这种蛋白也利用了这种光。这种合作在自然界是有效的，但尚未在试管中起作用。”

超级复合物使用两倍于绿色间隙的光子

通过与RUB的Wolfgang Schuhmann教授的研究小组和以色列的Noam Adir教授的研究小组合作，Nowaczyk的团队成功地生产了一种由两部分组成的生物电极。主要的困难是多蛋白复合物的功能相互作用，其中一些跨物种结合在一起。

研究人员使用短链化学交联剂稳定了这些超级复合物，该交联剂将蛋白质永久固定在彼此之间非常短的距离处。在下一步中，他们将它们插入适当的电极结构中。该研究的主要作者沃尔克·哈特曼博士说：“我们通过结合使用定制的三维透明电极和氧化还原活性水凝胶来应对这一挑战。”与没有任何聚光系统的系统相比，这种设计使研究人员能够在绿色间隙内使用两倍的光子。

有希望的过渡阶段

蛋白质复合物在试管中的组装被认为是生物太阳能电池发展中一个有希望的过渡阶段。因此，不同物种的优势可以在半人工系统中进行功能组合。将来，研究人员将主要致力于优化生物成分的生产和寿命。

资金

该研究由鲁尔探索卓越溶剂化集群，德国研究基金会(DFG)资助的GRK 2341微生物底物转化研究学校(Micon)和德国-以色列研究项目“纳米工程光子”资助。由DFG和以色列科学基金会赞助的具有生物材料和生物启发性组件的生物电子学。

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