Светособирающие материалы
Материалы, преобразующие свет в энергию

Светособирающие материалы собирают солнечную энергию , которая затем может быть преобразована в химическую энергию посредством фотохимических процессов. [1] Синтетические светособирающие материалы вдохновлены фотосинтетическими биологическими системами, такими как светособирающие комплексы и пигменты, которые присутствуют в растениях и некоторых фотосинтезирующих бактериях. [1] Динамичные и эффективные антенные комплексы, которые присутствуют в фотосинтезирующих организмах, вдохновили на разработку синтетических светособирающих материалов, которые имитируют светособирающие механизмы в биологических системах. Примерами синтетических светособирающих материалов являются дендримеры , порфириновые массивы и сборки, органические гели, биосинтетические и синтетические пептиды , органо-неорганические гибридные материалы и полупроводниковые материалы (неоксиды, оксинитриды и оксисульфиды). [2] [3] Синтетические и биосинтетические светособирающие материалы находят применение в фотовольтаике , [4] фотокатализе , [3] [5] и фотополимеризации. [6]

Фотохимические процессы

Органические фотоэлектрические элементы

Во время фотохимических процессов, использующих донорные и акцепторные хромофоры в органических солнечных элементах, фотон поглощается донором и генерируется экситон. Экситон диффундирует к интерфейсу донор/акцептор или гетеропереходу, где электрон с самой низкой незанятой молекулярной орбитали ( LUMO ) донора переносится на LUMO акцептора. [7] Это приводит к образованию пар электрон-дырка. Когда фотон поглощается акцептором и экситон достигает гетероперехода, электрон затем переносится с HOMO донора на HOMO акцептора. [7] Чтобы убедиться в эффективном переносе заряда, непрерывные домены донора или акцептора должны быть меньше длины диффузии экситона (< ~0,4 нм). [7]

Рисунок 1: (A) Поглощение света и образование синглетного экситона с противоположными спинами электронов «вверх» и «вниз», за которым следует передача энергии донору и акцептору электронов гетероперехода типа II, а затем (B) перенос электрона или (C) дырки может происходить на гетеропереходе. [8]

Эффективность сбора света

Эффективность сбора света при передаче энергии в материалах, собирающих свет, может быть повышена либо путем уменьшения расстояния между донором и акцептором, либо путем разработки материала, который содержит несколько антенных хромофоров на акцептор (эффект антенны). [9] Эффективность резонансного переноса энергии по Фёрстеру (FRET) соответствует эффективности сбора света и определяется спектроскопическими свойствами красителей/пигментов или хромофоров и расстояниями между донором и акцептором; ограничения FRET могут быть преодолены путем повышения антенного эффекта путем изменения стехиометрии донора электронов, передатчика и акцептора. [9] [10]

Фотосинтетические биологические системы

Фотосинтетические биологические системы используют солнечный свет , обильный и повсеместный источник энергии, в качестве метаболического топлива. [11] Самая высокая эффективность преобразования энергии солнца в биомассу растениями составляет около 4,6% при 30 °C и 380 ppm атмосферного CO2 для фиксации углерода во время фотосинтеза. [12] Естественные светособирающие комплексы имеют молекулярные машины, которые делают возможным преобразование солнечного света в химическую энергию с почти 100% квантовой эффективностью . [11] [12] Способность живых организмов собирать солнечную энергию и достигать квантовой эффективности, близкой к единице [12], обусловлена ​​кульминацией ~3,5 миллиардов лет эволюции. [13] Эта эффективность достигается в растениях с помощью серии этапов передачи энергии, которые осуществляются через пигмент-белковые комплексы (например, фотосистема II). [11] Пигмент-белковые комплексы (PPC) содержат молекулы хромофора, в частности хлорофиллы и каротиноиды , которые встроены в белковую матрицу. [11] PPC служат антенными комплексами, которые поглощают солнечный свет, а собранная энергия солнечного света затем перемещается на сотни нанометров к реакционному центру; эта энергия по существу питает цепь переноса электронов, необходимую для фотосинтеза и последующего фотосинтеза растений. [11] Для того чтобы перенос заряда или энергии произошел в многоэлектронных окислительно-восстановительных процессах цепи переноса электронов, сначала должно произойти разделение заряда, которое индуцируется сбором света. [13]

Комплексы пурпурных бактерий

Пурпурные бактерии , фотосинтетический организм, также содержат PPC, который структурно отличается от фотосистем растений, но схож с ними по функциям. [11] Экситон-транспортирующие белки, обнаруженные в пурпурных бактериях, таких как Rhodospirillum photometricum или Rhodoblastus acidophilus , представляют собой светособирающий комплекс 1 и светособирающий комплекс 2. [11] [12] Светособирающий комплекс 2 в пурпурных бактериях Rhodoblastus acidophilus показан на рисунке 2. [11] Светособирающий комплекс в пурпурных бактериях многофункционален; при высокой интенсивности света светособирающий комплекс обычно переключается в погашенное состояние посредством конформационного изменения PPC, а при низкой интенсивности света светособирающий комплекс обычно возвращается в непогашенное состояние. [11] Эти конформационные изменения происходят в светособирающем комплексе 2 для управления метаболическими затратами, соответствующими синтезу белка в пурпурных бактериях. [11]

Рисунок 2: Светосборный комплекс 2 в Rhodoblastus acidophilus, типе пурпурных бактерий. PDB 2fkw EBI

Комплексы в зеленых растениях

Конформационные изменения белков в PPC сосудистых растений или высших растений также происходят на основе интенсивности света. Когда интенсивность света ниже, например, в пасмурный день, любой поглощенный солнечный свет высшими растениями преобразуется в электричество для фотосинтеза. [11] Когда условия допускают прямой солнечный свет, способность PPC в высших растениях поглощать и передавать энергию превышает способность последующих метаболических или биохимических процессов. [11] В периоды высокой интенсивности света растения и водоросли вступают в стадию нефотохимического гашения . [11]

Разработка и характеристика синтетических материалов

Материалы на основе порфиринов, хлорофилла и каротиноидов

Искусственные материалы для сбора света, которые служат антеннами, основаны на нековалентных супрамолекулярных сборках, которые содержат мотивы, вдохновленные молекулами пигмента хлорофилла [7] [13] [14] и каротиноидов [14] [15] [16] , которые встроены в комплексы белок-пигмент в природе. [15] Класс пигментов , которые чаще всего встречаются в природе, - это хлорофиллы и бактериохлорофиллы , синтетические аналоги этих биологических молекул хромофора - порфирины [13] [17] , которые являются наиболее широко используемыми соединениями в приложениях для сбора искусственного света. [17] Порфириновые фрагменты, присутствующие в биологических комплексах сбора света, играют решающую роль в эффективном поглощении видимого света, собранная энергия из молекул на основе порфирина затем собирается в реакционном центре через реле передачи энергии возбуждения. [13] [17] Процесс разделения зарядов под действием света происходит в реакционном центре благодаря взаимодействию двух производных порфирина. [17]

Биоинспирированные материалы на основе порфирина и хлорофилла

Супрамолекулярные сборки синтетических материалов на основе порфирина для сбора света обычно изучаются и используются для передачи электронной энергии. [13] [17] Супрамолекулярные сборки обычно используют координацию и водородные связи в качестве эффективных средств настройки взаимодействий и направленности между донорными хромофорами и акцепторными флуорофорами . [13] Цинковый порфирин часто соединяется со свободным основанием порфирина в синтетических системах передачи электронной энергии из-за особенностей разделенного поглощения обеих этих молекул. Цинковый порфирин служит донором, а свободный основание порфирина служит акцептором, поскольку флуоресценция цинкового порфирина перекрывается с поглощением свободного основания порфирина. [13] Массивы и олигомеры порфирина были объединены с молекулами разделения заряда, чтобы имитировать функции разделения заряда, которые присутствуют в фотосинтетических белках, в дополнение к свойствам сбора света биологических комплексов сбора света. Молекулы разделения зарядов, которые обычно сочетаются с донорным хромофором цинкметаллированных порфиринов, представляют собой ферроцен , который служит донором электронов, и фуллерен , который служит акцептором электронов. [13]

Молекулярные структуры хлорофилла а, светособирающего пигмента зеленых растений (слева) и искусственной порфириновой фотосенсибилизаторной системы (справа). [18]

Материалы, созданные на основе биотехнологий каротиноидов

Каротиноиды — это еще один класс молекул пигмента/красителя, обнаруженных в фоторецепторах сетчатки [14] и биологических системах сбора света (например, фотосистема I , фотосистема II и комплекс сбора света II). При тонком расположении с хлорофиллами в биологических фотосинтетических системах каротиноиды эффективно способствуют фотоиндуцированному разделению заряда и переносу электронов. [ 7] Каротиноид высококонъюгирован и структурно очень похож на олигомеры полиацетилена . [7] Каротиноиды естественного происхождения были объединены с производными фуллерена для фотоэлектрических применений. [7] В фотоэлектрических устройствах молекулы каротиноидов демонстрируют поведение полупроводника p-типа , поскольку молекулярная структура очень похожа на полиацетилен . [7] Искусственные диадные и триадные системы, в которых каротиноиды ковалентно связаны, смогли имитировать механизмы разделения заряда и сбора света, присутствующие в фототрофных организмах. [7] Каротиноид, ковалентно связанный с порфирином, является типичным примером диады, содержащей каротиноид, затем диада может быть ковалентно связана с фуллереном, образуя триаду (рисунок 3). [15] Триадные системы демонстрируют электронный транспорт, который приводит к долговременным состояниям с разделенным зарядом. [15]

Рисунок 3: Молекулы триады, содержащие порфирин, способные к сбору света и разделению зарядов A) Триада каротиноидов, порфиринов и фуллеренов B) Ферроценов, порфиринов и фуллеренов [13] [15]

Биоматериалы

Естественные светособирающие комплексы содержат белки, которые объединяются посредством самосборки с эффективными донорными хромофорами для содействия светособиранию и переносу энергии во время фотосинтеза; синтетические пептиды могут быть разработаны так, чтобы иметь оптоэлектронные свойства, которые имитируют это явление в естественных светособирающих комплексах. [19] Белки в PPC не только служат в качестве поддержки для расположения хромофоров во время светособирания, но и активно играют роль в фотофизической динамике фотосинтеза . [19] [20] Некоторые биомиметические искусственные светособирающие комплексы были разработаны так, чтобы иметь белки и пептиды, которые самособираются таким образом, что хромофоры в комплексе располагаются для оптимизированной эффективности светособирания. [19] Пептидные самосборки и полипептиды, модифицированные порфиринами, также были разработаны так, чтобы иметь двойную функцию разделения заряда и светособирания. [21] Другие примеры конъюгатов пептидного донора и акцептора хромофора используют самосборку амилоидных фибрилл в бета-слой , который позволяет хромофорам располагаться таким образом, чтобы обеспечить эффективную сборку света. [21] Синтетические пептиды и белки являются одним из примеров биологических материалов, которые используются в системах искусственного сбора света, сборки вирусных шаблонов [22] и ДНК-оригами [9] [10] также используются для приложений по сбору света.

Органические гели и нанокристаллы

Обратимые молекулярные органические гелевые сети удерживаются вместе нековалентными взаимодействиями (например, водородными связями , π-стекингом, ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями и донорно-акцепторными взаимодействиями). Молекулы гелеобразователя могут самоорганизовываться в одномерные массивы из-за направленной природы межмолекулярных взаимодействий , образуя удлиненные волокнистые структуры, которые могут служить в качестве антенных молекул. [23] [24] [25] Органические гели собираются таким образом, что существует правильное расположение донорных и акцепторных хромофоров , что является принципиальным требованием для эффективной передачи энергии. [23] π-сопряженные молекулы обычно используются в органических гелях, поскольку на эти молекулы влияет ориентация хромофоров в самосборках. Некоторые примеры π-сопряженных молекул, которые используются в органических гелях, - это олиго-п-фениленвинилен , [23] [24] антрацен , пирен и производные порфирина . [23]

Органические и металлоорганические нанокристаллы (НК) перспективны для использования в области сбора света и получения энергии, поскольку НК могут быть солюбилизированы, демонстрируют способность поглощать большую часть солнечного спектра и имеют настраиваемую ширину запрещенной зоны из-за эффектов квантового ограничения. [26] [27] Органические и металлоорганические кристаллы обычно образуются посредством нековалентных взаимодействий, включая водородные связи, π–π-стекинг и электростатические взаимодействия. Органические НК могут состоять из органических массивов, которые включают молекулы красителей, такие как дипиррометен бора. [28] Сан и др. разработали два полиморфных металлоорганических нанокристалла, образованных из комплексов платины (II)-β-дикетоната, которые продемонстрировали свойства сбора света и фотолюминесценции . [27] Нанокристаллы цеолита , которые допускают супрамолекулярную организацию молекул органических красителей, также были разработаны для сбора света. [23]

Дендримеры

С конца 1990-х годов большое внимание уделялось разработке супрамолекулярных видов, которые могут участвовать в качестве молекул-антенн для искусственных фотосинтетических приложений; многие из этих искусственно созданных антенн являются дендримерами . [29] Молекулярные структуры дендритов, собирающие свет, спроектированы так, чтобы иметь большое количество собирающих свет донорных хромофоров, которые передают энергию в энергетический «сток» в центре дендримера. Важным соображением при разработке дендримеров для приложений по сбору света является то, что по мере увеличения поколения дендримеров количество концевых групп, которые служат донорными хромофорами, удваивается; [30] однако, это приводит к увеличению расстояния между концевыми группами и ядром акцептора энергии, тем самым снижая эффективность передачи энергии. [30] Дендримеры могут содержать большое количество хромофорных групп, таких как донорные хромофоры на основе кумарина в высокоупорядоченных массивах, чтобы обеспечить эффективную передачу энергии. [29] [31] Ядро (акцептор энергии) молекул дендримера может быть функционализировано порфиринами, фуллеренами и комплексами металлов. [29] [30] Некоторые известные системы дендримеров могут достигать до 99% переноса энергии, пример дендримера, который может достигать такой эффективности, имеет периленовое ядро ​​и ветви дендримера, состоящие из кумариновых единиц. [29]

Нанокомпозиты

Наноматериалы с регулируемыми запрещенными зонами можно комбинировать для формирования гетерогенных структур, которые самоорганизуются для формирования стабильных абиотических структур, которые имеют потенциал в искусственном фотосинтезе и бионическом зрении. [32] [33] [34] Электронные и физические свойства композитов на основе графена показывают перспективность для преобразования световой энергии. [32] [35] Один из примеров композита на основе графена, использующего отрицательно и положительно заряженные многослойные слои оксида графена, слои укладываются горизонтально на основе электростатических взаимодействий, образуя горизонтальную гетероструктуру, которая способна подвергаться преобразованию энергии света в ионную энергию. [32] Отрицательно заряженный оксид графена также можно комбинировать с положительно заряженными полимерными наночастицами; агрегация полимеров в полимерных наночастицах обеспечивает более широкий диапазон настраиваемых ответов на видимый свет по сравнению с чистыми полимерами. [35] Высокие коэффициенты экстинкции полимерных агрегатов обеспечивают улучшенный сбор света, а также разделение зарядов. Делокализация электронов полимерных наночастиц в сочетании с графеном допускает π–π*-переходы, и материалы в композите энергетически совпадают. [35]

Органические и неорганические гибриды и неорганические наноматериалы

В органических и неорганических гибридных системах, таких как органо-неорганический гибридный перовскит [36] и металл-органические каркасы (MOF), [37] [38] органо-неорганический интерфейс является критическим параметром, который контролирует производительность устройств сбора света. [34] Материалы на основе свинцово-галогенидного перовскита демонстрируют исключительные фотофизические свойства и имеют оптоэлектронные применения. [36] Галогенидные перовскитные материалы в более общем плане обладают высокими оптическими поглощающими характеристиками и допускают перенос заряда, демонстрируя, что эти материалы имеют потенциал для фотоэлектрических применений и преобразования солнечной энергии. [36] MOF могут быть разработаны для того, чтобы иметь свойства сбора солнечного света с помощью различных синтетических стратегий, таких как использование порфиринсодержащих распорок или металлопорфиринов в качестве основных органических строительных блоков. [37] [38] MOF также могут быть функционализированы посредством модификации поверхности с помощью квантовых точек или посредством внедрения фоточувствительных комплексов металлов рутения или осмия в структуру MOF. [37]

Неорганические материалы, такие как кремниевые наноструктуры , [39] неорганические оксидные пленки (например, оксид титана и оксид индия ), [40] [41] и сверхтонкие двумерные неорганические материалы (например, нанолисты оксихлорида висмута , сульфида олова и сульфида титана ) [41] обладают светособирающими и оптоэлектронными свойствами. [40] Кремний широко используется в солнечных элементах, и в 1954 году Bell Labs изобрели первый эффективный кремниевый солнечный элемент с эффективностью 5%. [42] Эффективность устройства, которое было изобретено Bell Labs, быстро увеличивалась при легировании n-типа и p-типа и к 1961 году достигла эффективности 14,5%. [42] Кремний очень распространен, обладает большой подвижностью носителей заряда и высокой стабильностью, что позволяет широко использовать его в фотоэлектрических и полупроводниковых приложениях. [39] В настоящее время наиболее эффективное устройство с одним переходом, использующее кремний, достигло эффективности преобразования солнечной энергии до 29,1%. [42] Кремниевые наноструктуры, такие как нанопроволоки , нанокристаллы, квантовые точки и пористые наночастицы , показали улучшения по сравнению с объемным или плоским кремнием из-за улучшенного разделения и переноса заряда, изначально более высокого удельного объема и кривизны поверхности. [39] Кремниевые наноструктуры также допускают эффект квантового ограничения, который может улучшить диапазоны поглощения света и светоиндуцированные реакции. [39]

Сенсибилизированные красителем солнечные элементы часто включают диоксид титана в качестве основного компонента, поскольку он придает сенсибилизатору адсорбцию, а также разделение заряда и характеристики переноса электронов. [40] Молекулы красителя, присутствующие в сенсибилизированных красителем солнечных элементах, при сборе света передают возбужденные электроны диоксиду титана, который затем разделяет заряд. [40] Листы оксида индия с кислородными вакансиями имеют суженные запрещенные зоны и улучшенные свойства носителей заряда, которые обеспечивают эффективность разделения носителей заряда, делая этот материал потенциальным кандидатом для сбора света. [41] Сверхтонкий оксихлорид висмута с кислородными вакансиями также обеспечивает улучшенные свойства сбора света и разделения заряда. [41]

Приложения

Фотоэлектричество

Область органической фотоэлектричества , в частности, быстро развивалась с конца 1990-х годов, и небольшие солнечные элементы продемонстрировали эффективность преобразования энергии до 13%. [8] Обилие солнечной энергии и возможность использовать ее для преобразования в химическую энергию посредством искусственного фотосинтеза могут обеспечить массовые возобновляемые источники энергии. [4] Понимание фундаментальных процессов фотосинтеза в биологических системах важно для разработки солнечных возобновляемых источников энергии. [4] [43] Светоиндуцированное разделение зарядов в фотосинтезирующих организмах катализирует преобразование солнечной энергии в химическую или метаболическую энергию, и это вдохновило на разработку синтетических светособирающих материалов, которые затем могут быть интегрированы в фотоэлектрические устройства , генерирующие электрическое напряжение и ток при поглощении фотонов . [4] Затем формируются экситонные сети для эффективной передачи энергии. [4] Широкодиапазонные молекулярные и твердотельные материалы находят применение в фотоэлектричестве. [43] При проектировании фотоэлектрических устройств крайне важно учитывать эффекты высокой концентрации пигмента или хромофора , расположение хромофоров, а также геометрию антенных частей, встроенных в устройства сбора света, чтобы оптимизировать генерацию энергии и максимизировать квантовую эффективность . [43] Одной из распространенных форм хромофора в солнечных элементах являются солнечные элементы, сенсибилизированные красителем . Динамичные и отзывчивые молекулярные машины, присутствующие в фотосинтезирующих организмах, а также принципы самосборки повлияли на проектирование «умных» фотоэлектрических устройств. [43]

Фотокатализ

Полупроводниковые поверхности (например, оксиды металлов), функционализированные светособирающими материалами (например, фуллеренами , проводящими полимерами , порфириновыми и фталоцианиновыми системами, наночастицами ), могут фотокатализировать окисление воды или диссоциацию воды в фотоанодном устройстве. [44] [45] [3] Преобразование солнечной энергии может применяться для фотоэлектрохимического расщепления воды . Большинство систем расщепления воды используют неорганические полупроводниковые материалы, однако органические полупроводниковые материалы набирают популярность для этого применения. [45] Оксинитриды и оксисульфиды также были разработаны для фотокатализа деградации воды. [3]

Фотодинамическая терапия

Фотодинамическая терапия — это медицинское лечение, которое использует фотохимические процессы посредством комбинации света и фотосенсибилизатора для создания цитотоксического эффекта на раковые или больные ткани. [44] Примерами фотосенсибилизаторов или светособирающих материалов, которые используются для нацеливания на раковые клетки, являются полупроводниковые наночастицы , [44] комплексы рутения , [46] и нанокомплексы. [47] Фотосенсибилизаторы могут использоваться для образования синглетного кислорода при фотоиндукции, и это играет важную роль в фотодинамической терапии, и эта способность была продемонстрирована наночастицами диоксида титана . [44]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Mayr, Torsten; Борисов, Сергей М.; Абель, Тобиас; Энко, Барбара; Вайх, Керстин; Мистльбергер, Гюнтер; Климант, Инго (2009-08-01). "Сбор света как простой и универсальный способ повышения яркости люминесцентных датчиков". Аналитическая химия . 81 (15): 6541– 6545. doi :10.1021/ac900662x. ISSN  0003-2700. PMC  2976568 .
  2. ^ Сан, Гуанпин; Цянь, Вэйруй; Цзяо, Цзяньминь; Хань, Тинтин; Ши, Юкунь; Ху, Сяо-Ю; Ван, Лэйонг (2020-05-19). «Высокоэффективная искусственная система сбора света с двухэтапной последовательной передачей энергии на основе супрамолекулярной самосборки». Журнал химии материалов A. 8 ( 19): 9590– 9596. doi :10.1039/D0TA03169K. ISSN  2050-7496. S2CID  219020606.
  3. ^ abcd Таката, Цуёси; Домен, Казунари (2017). «Разработка неоксидных полупроводников в качестве светособирающих материалов при фотокаталитическом и фотоэлектрохимическом расщеплении воды». Dalton Transactions . 46 (32): 10529– 10544. doi :10.1039/C7DT00867H. ISSN  1477-9226. PMID  28589988.
  4. ^ abcde Хазе, Флориан; Рох, Лоик М.; Фридрих, Паскаль; Аспуру-Гузик, Алан (2020-09-11). «Проектирование и понимание устройств сбора света с помощью машинного обучения». Nature Communications . 11 (1): 4587. Bibcode :2020NatCo..11.4587H. doi :10.1038/s41467-020-17995-8. ISSN  2041-1723. PMC 7486390 . PMID  32917886. 
  5. ^ Мосс, Бенджамин; Ван, Цянь; Батлер, Кит Т.; Грау-Креспо, Рикардо; Селим, Шабаба; Регуц, Анна; Хисатоми, Такаши; Годин, Роберт; Пейн, Дэвид Дж.; Кафизас, Андреас; Домен, Казунари (2021-01-11). «Связь накопления заряда in situ с электронной структурой в легированном SrTiO 3 раскрывает принципы проектирования фотокатализаторов, выделяющих водород». Nature Materials . 20 (4): 511– 517. Bibcode :2021NatMa..20..511M. doi :10.1038/s41563-020-00868-2. ISSN  1476-4660. PMID  33432143. S2CID  230649876.
  6. ^ Хан, Донгсюэ; Ян, Сюэфэн; Хан, Цзяньлэй; Чжоу, Цзинь; Цзяо, Тифэн; Дуань, Пэнфэй (2020-11-09). "Последовательно усиленная циркулярно поляризованная ультрафиолетовая люминесценция для энантиоселективной фотополимеризации". Nature Communications . 11 (1): 5659. Bibcode :2020NatCo..11.5659H. doi :10.1038/s41467-020-19479-1. ISSN  2041-1723. PMC 7652877 . PMID  33168825. 
  7. ^ abcdefghi Vohra, Varun (2018-12-18). "Натуральные красители и их производные, интегрированные в органические солнечные элементы". Materials . 11 (12): 2579. Bibcode :2018Mate...11.2579V. doi : 10.3390/ma11122579 . ISSN  1996-1944. PMC 6316176 . PMID  30567340. 
  8. ^ ab Hedley, Gordon J.; Ruseckas, Arvydas; Samuel, Ifor DW (2017-01-25). «Сбор света для органической фотовольтаики». Chemical Reviews . 117 (2): 796– 837. doi :10.1021/acs.chemrev.6b00215. ISSN  0009-2665. PMC 5269644. PMID  27951633 . 
  9. ^ abc Олейко, Л.; Балд, И. (2017). «Эффективность FRET и эффект антенны в системах сбора света на основе многоцветного ДНК-оригами». RSC Advances . 7 (39): 23924– 23934. Bibcode : 2017RSCAd...723924O. doi : 10.1039/C7RA02114C . ISSN  2046-2069.
  10. ^ ab Hemmig, Elisa A.; Creatore, Celestino; Wünsch, Bettina; Hecker, Lisa; Mair, Philip; Parker, M. Andy; Emmott, Stephen; Tinnefeld, Philip; Keyser, Ulrich F.; Chin, Alex W. (2016). «Программирование эффективности сбора света с помощью ДНК-оригами». Nano Letters . 16 (4): 2369– 2374. Bibcode :2016NanoL..16.2369H. doi :10.1021/acs.nanolett.5b05139. PMC 5003508 . PMID  26906456. 
  11. ^ abcdefghijklm Schlau-Cohen, GS (2015-06-06). "Принципы сбора света из отдельных фотосинтетических комплексов". Interface Focus . 5 (3): 20140088. doi :10.1098/rsfs.2014.0088. ISSN  2042-8898. PMC 4410562 . PMID  26052423. 
  12. ^ abcd Проппе, Эндрю Х.; Ли, Юйгуан Ч.; Аспуру-Гузик, Алан; Берлингетте, Кертис П.; Чанг, Кристофер Дж.; Когделл, Ричард; Дойл, Эбигейл Г.; Флик, Йоханнес; Габор, Натаниэль М.; ван Гронделль, Риенк; Хаммес-Шиффер, Шарон (ноябрь 2020 г.). «Биоинспирация в сборе света и катализе». Nature Reviews Materials . 5 (11): 828– 846. Bibcode : 2020NatRM...5..828P. doi : 10.1038/s41578-020-0222-0. ISSN  2058-8437. OSTI  1756854. S2CID  221018573.
  13. ^ abcdefghij Otsuki, J. (2018-04-24). «Супрамолекулярный подход к материалам, собирающим свет, на основе порфиринов и хлорофиллов». Journal of Materials Chemistry A. 6 ( 16): 6710– 6753. doi :10.1039/C7TA11274B. ISSN  2050-7496.
  14. ^ abc Балашов, СП (2005-09-23). ​​"Ксантородопсин: протонный насос со светособирающей каротиноидной антенной". Science . 309 (5743): 2061– 2064. Bibcode :2005Sci...309.2061B. doi :10.1126/science.1118046. ISSN  0036-8075. PMC 3065861 . PMID  16179480. 
  15. ^ abcde Хашимото, Хидеки; Сугаи, Юко; Урагами, Чиаса; Гардинер, Аластер Т.; Когделл, Ричард Дж. (декабрь 2015 г.). «Естественные и искусственные системы сбора света, использующие функции каротиноидов». Журнал фотохимии и фотобиологии C: Обзоры фотохимии . 25 : 46–70 . doi : 10.1016/j.jphotochemrev.2015.07.004 . ISSN  1389-5567.
  16. ^ Кодис, Герденис; Эрреро, Кристиан; Паласиос, Родриго; Мариньо-Очоа, Эрнесто; Гулд, Стефани; де ла Гарса, Линда; ван Гронделле, Риенк; Гаст, Девенс; Мур, Томас А.; Мур, Ана Л.; Кеннис, Джон Т. М. (январь 2004 г.). «Светосбор и фотозащитные функции каротиноидов в компактных конструкциях искусственных фотосинтетических антенн». Журнал физической химии B. 108 ( 1): 414– 425. doi :10.1021/jp036139o. ISSN  1520-6106.
  17. ^ abcde Имахори, Хироши (май 2004 г.). «Гигантские мультипорфириновые массивы как искусственные светособирающие антенны». Журнал физической химии B. 108 ( 20): 6130– 6143. doi :10.1021/jp038036b. ISSN  1520-6106. PMID  18950092.
  18. ^ Ван, Сяодун; Саба, Тони; Ю, Хамфри HP; Хоу, Рассел Ф.; Андерсон, Джеймс А.; Ши, Цзяфу (2017-05-11). «Регенерация кофактора NAD(P)H, вдохновленная гетерогенными путями». Chem . 2 (5): 621– 654. Bibcode : 2017Chem....2..621W. doi : 10.1016/j.chempr.2017.04.009 . hdl : 2164/10454 . ISSN  2451-9294.
  19. ^ abc Цзоу, Цяньли; Лю, Кай; Аббас, Манзар; Ян, Сюэхай (2016). «Пептидно-модулированная самосборка хромофоров на пути к биомиметической светособирающей наноархитектонике». Продвинутые материалы . 28 (6): 1031–1043 . Бибкод : 2016AdM....28.1031Z. дои : 10.1002/adma.201502454. ISSN  1521-4095. PMID  26273821. S2CID  205262077.
  20. ^ Ихссен, Джулиан; Браун, Артур; Фаччио, Грета; Гайда-Шранц, Кристина; Тони-Майер, Линда (апрель 2014 г.). «Белки, собирающие свет для генерации солнечного топлива в биоинженерных фотоэлектрохимических ячейках». Current Protein & Peptide Science . 15 (4): 374– 384. doi :10.2174/1389203715666140327105530. ISSN  1389-2037. PMC 4030624 . PMID  24678669. 
  21. ^ Аб Цзоу, Цяньли; Лю, Кай; Аббас, Манзар; Ян, Сюэхай (14 августа 2015 г.). «Пептидно-модулированная самосборка хромофоров на пути к биомиметической светособирающей наноархитектонике». Продвинутые материалы . 28 (6): 1031–1043 . Бибкод : 2016AdM....28.1031Z. дои : 10.1002/adma.201502454. ISSN  0935-9648. PMID  26273821. S2CID  205262077.
  22. ^ Нам, Юн Сон; Шин, Тэхо; Пак, Хичоль; Мадьяр, Эндрю П.; Чой, Кэтрин; Фантнер, Георг; Нельсон, Кит А.; Белчер, Анджела М. (10.02.2010). «Вирусная сборка порфиринов в светособирающие наноантенны». Журнал Американского химического общества . 132 (5): 1462– 1463. doi :10.1021/ja908812b. ISSN  0002-7863. PMID  20078048.
  23. ^ abcde Аджаягош, Айяппанпиллай; Правин, Вакаил К.; Виджаякумар, Чаккут (29 апреля 2008 г.). «ХимИнформ Реферат: Органогели как каркасы для переноса энергии возбуждения и сбора света». Химинформ . 39 (18). дои : 10.1002/chin.200818244. ISSN  0931-7597.
  24. ^ ab Ajayaghosh, Ayyappanpillai; George, Subi J.; Praveen, Vakayil K. (2003-01-20). "Сбор света с помощью гелеобразования путем селективного переноса энергии от самосборки на основе олиго(п-фениленвинилена) к органическому красителю". Angewandte Chemie International Edition . 42 (3): 332– 335. doi :10.1002/anie.200390109. ISSN  1433-7851. PMID  12548692.
  25. ^ Саманта, Суман К.; Бхаттачарья, Сантану (2012). «Широкодиапазонные светособирающие донорно-акцепторные сборки посредством специфических интергелирующих взаимодействий посредством самосборки». Химия – Европейский журнал . 18 (49): 15875– 15885. doi :10.1002/chem.201103855. ISSN  1521-3765. PMID  23074067.
  26. ^ Лим, Йи-Фун; Чой, Джошуа Дж.; Ханрат, Тобиас (2012). «Простой синтез коллоидных нанокристаллов CuO для приложений по сбору света». Журнал наноматериалов . 2012 : 1– 6. doi : 10.1155/2012/393160 . hdl : 10754/596995 . ISSN  1687-4110.
  27. ^ ab Sun, Meng-Jia; Liu, Yingying; Zeng, Wei; Zhao, Yong Sheng; Zhong, Yu-Wu; Yao, Jiannian (2019-04-17). "Усиление фотолюминесцентной анизотропии в полиморфных органических нанокристаллах с помощью передачи энергии с помощью сбора света". Журнал Американского химического общества . 141 (15): 6157– 6161. doi :10.1021/jacs.9b02055. ISSN  0002-7863. PMID  30945852. S2CID  93000517.
  28. ^ Чен, Пэн-Чжун; Вен, Ю-Сян; Ню, Ли-Я; Чен, Ю-Чжэ; Ву, Ли-Чжу; Тунг, Чен-Хо; Ян, Цин-Чжэн (2016). «Светособирающие системы на основе органических нанокристаллов для имитации хлоросом». Angewandte Chemie, международное издание . 55 (8): 2759–2763 . doi :10.1002/anie.201510503. ISSN  1521-3773. ПМИД  26799735.
  29. ^ abcd Бальзани, Винченцо; Черони, Паола; Маэстри, Мауро; Виченелли, Вероника (1 декабря 2003 г.). «Светособирающие дендримеры». Современное мнение в области химической биологии . 7 (6): 657–665 . doi :10.1016/j.cbpa.2003.10.001. ISSN  1367-5931. ПМИД  14644173.
  30. ^ abc Адронов, Алекс; Фреше, Жан М. Дж. (2000). «Светособирающие дендримеры». Chemical Communications (18): 1701– 1710. doi :10.1039/b005993p.
  31. ^ Dichtel, William R.; Hecht, Stefan; Fréchet, Jean MJ (2005-09-01). «Функционально слоистые дендримеры: новый строительный блок и его применение в синтезе многохромофорных систем сбора света». Organic Letters . 7 (20): 4451– 4454. doi :10.1021/ol0516824. ISSN  1523-7060. PMID  16178556.
  32. ^ abc Quan, Di; Ji, Danyan; Wen, Qi; Du, Linhan; Wang, Lili; Jia, Pan; Liu, Dan; Ding, Liping; Dong, Huanli; Lu, Diannan; Jiang, Lei (август 2020 г.). «Латерально неоднородные двумерные слоистые материалы как искусственный протонный насос, собирающий свет». Advanced Functional Materials . 30 (34): 2001549. doi :10.1002/adfm.202001549. ISSN  1616-301X. S2CID  225799548.
  33. ^ Ng, Kara; Webster, Megan; Carbery, William P.; Visaveliya, Nikunjkumar; Gaikwad, Pooja; Jang, Seogjoo J.; Kretzschmar, Ilona; Eisele, Dorthe M. (2020-11-16). «Экситоны Френкеля в супрамолекулярных нанокомпозитах, подверженных тепловому напряжению, обеспечиваемые настраиваемыми каркасными структурами». Nature Chemistry . 12 (12): 1157– 1164. Bibcode :2020NatCh..12.1157N. doi :10.1038/s41557-020-00563-4. ISSN  1755-4330. OSTI  1991456. PMID  33199886. S2CID  226970990.
  34. ^ аб Кунду, Симанта; Патра, Амитава (25 января 2017 г.). «Наномасштабные стратегии сбора света». Химические обзоры . 117 (2): 712–757 . doi : 10.1021/acs.chemrev.6b00036 . ISSN  0009-2665. ПМИД  27494796.
  35. ^ abc Ghosh, Arnab; Jana, Bikash; Maiti, Sourav; Bera, Rajesh; Ghosh, Hirendra N.; Patra, Amitava (2017). «Сбор света и генерация фототока в композите из сопряженных полимерных наночастиц и восстановленного оксида графена». ChemPhysChem . 18 (10): 1308– 1316. doi :10.1002/cphc.201700174. ISSN  1439-7641. PMID  28295982.
  36. ^ abc Wang, Lili; Williams, Nicholas E.; Malachosky, Edward W.; Otto, John P.; Hayes, Dugan; Wood, Ryan E.; Guyot-Sionnest, Philippe; Engel, Gregory S. (2017-03-28). "Масштабируемый лиганд-опосредованный транспортный синтез органо-неорганических гибридных перовскитных нанокристаллов с разрешенной электронной структурой и сверхбыстрой динамикой". ACS Nano . 11 (3): 2689– 2696. doi :10.1021/acsnano.6b07574. ISSN  1936-0851. PMID  28195690.
  37. ^ abc So, Monica C.; Wiederrecht, Gary P.; Mondloch, Joseph E.; Hupp, Joseph T.; Farha, Omar K. (2015-02-12). «Металлорганические каркасные материалы для сбора света и передачи энергии». Chemical Communications . 51 (17): 3501– 3510. doi :10.1039/C4CC09596K. ISSN  1364-548X. PMID  25578391.
  38. ^ ab Lee, Chang Yeon; Farha, Omar K.; Hong, Bong Jin; Sarjeant, Amy A.; Nguyen, SonBinh T.; Hupp, Joseph T. (2011-10-12). "Светособирающие металл-органические каркасы (MOF): эффективная передача энергии от стержня к стержню в MOF на основе Bodipy и порфирина". Журнал Американского химического общества . 133 (40): 15858– 15861. doi :10.1021/ja206029a. ISSN  0002-7863. PMID  21916479.
  39. ^ abcd Лю, Донг; Ма, Цзюнь; Лонг, Ран; Гао, Чао; Сюн, Юйцзе (декабрь 2017 г.). «Кремниевые наноструктуры для каталитических приложений на основе солнечной энергии». Nano Today . 17 : 96–116 . doi :10.1016/j.nantod.2017.10.013. ISSN  1748-0132.
  40. ^ abcd Ким, Чонхун; Ко, Чон Кван; Ким, Бёнгван; Ким, Чон Хак; Ким, Ынкёнг (2012). «Нанопаттернирование мезопористых неорганических оксидных пленок для эффективного сбора света в сенсибилизированных красителем солнечных элементах». Angewandte Chemie International Edition . 51 (28): 6864– 6869. doi :10.1002/anie.201202428. ISSN  1521-3773. PMID  22684852.
  41. ^ abcd Sun, Yongfu; Gao, Shan; Lei, Fengcai; Xiao, Chong; Xie, Yi (2015-01-20). «Ультратонкие двумерные неорганические материалы: новые возможности для твердотельной нанохимии». Accounts of Chemical Research . 48 (1): 3– 12. doi :10.1021/ar500164g. ISSN  0001-4842. PMID  25489751.
  42. ^ abc Yildirim, Onur; Bonomo, Matteo; Barbero, Nadia; Atzori, Cesare; Civalleri, Bartolomeo; Bonino, Francesca; Viscardi, Guido; Barolo, Claudia (январь 2020 г.). «Применение металлоорганических каркасов и ковалентных органических каркасов в качестве (фото)активного материала в гибридных фотоэлектрических технологиях». Energies . 13 (21): 5602. doi : 10.3390/en13215602 . hdl : 2318/1759976 .
  43. ^ abcd Рубан, Александр В.; Джонсон, Мэтью П.; Даффи, Кристофер Д.П. (2011). «Естественное светособирание: принципы и экологические тенденции». Энергетика и наука об окружающей среде . 4 (5): 1643. doi :10.1039/c0ee00578a. ISSN  1754-5692.
  44. ^ abcd Чжоу, На; Лопес-Пуэнте, Ванеса; Ван, Цин; Полаварапу, Лакшминараяна; Пасториса-Сантос, Изабель; Сюй, Цин-Хуа (2015). «Плазмонно-усиленное улавливание света: применение в улучшенном фотокатализе, фотодинамической терапии и фотовольтаике». RSC Advances . 5 (37): 29076– 29097. Bibcode : 2015RSCAd...529076Z. doi : 10.1039/c5ra01819f . ISSN  2046-2069.
  45. ^ ab Kirner, Joel T.; Finke, Richard G. (2017). «Фотоаноды окисления воды с использованием органических светособирающих материалов: обзор». Journal of Materials Chemistry A . 5 (37): 19560– 19592. doi :10.1039/C7TA05709A. ISSN  2050-7488.
  46. ^ Nomula, Raju; Wu, Xueyan; Zhao, Jianzhang; Munirathnam, Nagegownivari R. (2017-10-01). "Фотодинамический эффект светособирающих, долгоживущих триплетных возбужденных состояний комплексов рутения(II)-полиимина-кумарина: связывание ДНК, фоторасщепление и противораковые исследования". Materials Science and Engineering: C . 79 : 710– 719. doi :10.1016/j.msec.2017.05.123. ISSN  0928-4931. PMID  28629072.
  47. ^ Ли, Шуан; Шэнь, Сяоцинь; Сюй, Цин-Хуа; Цао, Юн (2019-10-25). «Золотые наностержни, улучшенные конъюгированными полимером/фотосенсибилизатором композитные наночастицы для одновременной двухфотонной флуоресцентной визуализации и фотодинамической терапии». Nanoscale . 11 (41): 19551– 19560. doi :10.1039/C9NR05488J. ISSN  2040-3372. PMID  31578535. S2CID  203128714.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Материалы_для_собирательства_света&oldid=1261672711"