انتقال انرژی از طریق یک تک مولکولی نانوسیم

فتوسنتز سیستم در طبیعت حمل و نقل انرژی بسیار کارآمد نسبت به یک واکنش مرکز جایی که آن را تبدیل به یک شکل مفید برای ارگانیسم. دانشمندان شده است با استفاده از این به عنوان الهام بخش به یاد بگیرند که چگونه به حمل و نقل انرژی کارآمد در برای مثال در الکترونیک مولکولی. فیزیکدان ریچارد Hildner از دانشگاه گرونینگن و همکارانش به بررسی حمل و نقل انرژی در یک سیستم مصنوعی ساخته شده از nanofibres. نتایج منتشر شده در مجله American Chemical Society.

'طبیعی فتوسنتز سیستم های بهینه سازی شده توسط میلیاردها سال تکامل است. ما در بر داشت این بسیار دشوار است برای کپی کردن در سیستم های مصنوعی,' توضیح می دهد Hildner دانشیار در دانشگاه گرونینگن. در مجتمع نور برداشت از باکتری ها و یا گیاهان نور به انرژی تبدیل می شود که پس از آن حمل و نقل به واکنش مرکز با حداقل تلفات است.

بسته نرم افزاری

پنج سال پیش Hildner و همکارانش طراحی و توسعه یک سیستم است که در آن دیسک شکل مولکول های انباشته شدند به nanofibres با طول بیش از 4 micrometres و قطر فقط 0.005 micrometres. در مقایسه با قطر یک موی انسان است 50-100 micrometres. این سیستم حمل و نقل می تواند انرژی مانند آنتن های فتوسنتزی سیستم. اما ما گاهی اوقات دیدم که انرژی حمل و نقل گیر شد در وسط ما چهار micrometre-طولانی الیاف. چیزی در سیستم به نظر می رسد ناپایدار " او به یاد می آورد.

برای بهبود حمل و نقل انرژی بهره وری Hildner و همکارانش ایجاد بسته نرم افزاری از nanofibres. این همان ایده ای است که به عنوان استفاده شده است که در حالت عادی الکترونیک: بسیار نازک سیم مسی همراه با هم برای ایجاد یک قوی تر کابل.' اما همراه نانوالياف تبدیل به بدتر در حمل و نقل انرژی از تک الیاف.

انسجام

دلیل این دروغ در چیزی به نام انسجام. زمانی که انرژی خود را به مولکول را تشکیل می دهند که الیاف آن را ایجاد یک حالت هیجان زده و یا exciton. این حالت هیجان زده است که یک packet از انرژی است که در ارتباط با یک تک مولکول است. Hildner: 'انرژی delocalized بیش از چند مولکول و آن را می توانید از این رو حرکت سریع و کارآمد در سراسر فیبر.' این delocalization بدان معنی است که انرژی حرکت می کند مانند یک موج از یک مولکول به بعد. در مقابل بدون انسجام انرژی محدود است به یک تک مولکول و باید هاپ از یک مولکول به بعد. مانند رقص است بسیار آهسته تر راه برای حمل و نقل و انرژی است.

در این بسته نرم افزاری انسجام از دست داده است " توضیح می دهد Hildner. این است ناشی از فشار که از بسته نرم افزاری تحمیل می کند و در هر فیبر در آن است. 'الیاف فشرده هستند و این باعث می شود طرف گروه از مولکول به سقوط به هر یک از دیگر.' این تغییرات انرژی چشم انداز است. در یک فیبر انرژی هیجان زده متحده از چندین کشور همسایه مولکول ها در همان سطح. در یک بسته نرم افزاری در محیط های محلی از مولکول های متفاوت منجر به تفاوت در سطح انرژی است.

تور دوچرخه

'تصور کنید که شما در یک تور دوچرخه. ارتفاع مشخصات تور نشان دهنده سطح انرژی در مولکول را تشکیل می دهند که الیاف' می گوید Hildner. 'اگر شما در حال دوچرخه سواری در هلند شما وارد در مقصد خود را به سرعت به این دلیل که زمین مسطح است. در مقابل در رشته کوه های آلپ, شما باید چرخه دشوار است که دشوار است و شما را کند می کند.' هنگامی که مولکول های سطح انرژی در الیاف های مختلف حمل و نقل سخت تر می شود.

این کشف به این معنی است که این تیم از ایده های اصلی برای افزایش انرژی و حمل و نقل بهره وری با استفاده از بسته نرم افزاری از nanofibres تبدیل به یک شکست. آنها آموخته اند که درس های ارزشمند از این که در حال حاضر می توان با استفاده از فیزیکدانان نظری به محاسبه چگونه برای بهینه سازی حمل و نقل در مولکولی الیاف. 'همکاران من در دانشگاه گرونینگن در حال حاضر در حال انجام درست آن. اما ما در حال حاضر می دانیم که یک چیز: اگر شما می خواهید, خوب, انرژی, حمل و نقل در nanofibres استفاده از بسته نرم افزاری!'

علم ساده خلاصه

گیاهان و فتوسنتز باکتریهای گرفتن نور خورشید از طریق مولکولی آنتن که پس از آن انتقال انرژی به یک واکنش مرکز با حداقل تلفات است. دانشمندان می خواهم مولکولی سیم است که می تواند انتقال انرژی فقط به عنوان موثر. دانشمندان در دانشگاه گرونینگن ایجاد ریز الیاف انباشته برخی از مولکول ها با هم. تک الیاف حمل و نقل انرژی اگر چه آنها گاهی اوقات خرابی. ایجاد بسته نرم افزاری از الیاف (به عنوان انجام شده است با سیم های مسی) که تصور می شد به این راه حل اما این معلوم نیست به صورت. انرژی حرکت سریع هنگامی که گسترش در سراسر چندین مولکول. در تک الیاف این به خوبی کار می کند اما در همراه الیاف این گسترش است که مانع به عنوان مولکول تجربه فشار است. این نتایج می تواند مورد استفاده قرار گیرد برای درک بهتر انرژی و حمل و نقل همراه مولکولی سیم است که کمک خواهد کرد که در طراحی بهتر سیم.

###

مرجع: Bernd Wittmann فلیکس A. ونزل, Stephan Wiesneth Andreas T. Haedler مارکوس Drechsler, کلاوس Kreger, یورگن کوهلر E. A. Meijer, Hans-Werner اشمیت و ریچارد Hildner: افزایش دوربرد انرژی حمل و نقل در Supramolecular معماری خیاطی انسجام خواص. J. Am. شیمی. Soc. اولین آنلاین 11 مارس سال 2020 وابستگی: دانشگاه Baytreuth آلمان; دانشگاه آیندهوون هلند; دانشگاه گرونینگن هلند.

سلب مسئولیت: AAAS و EurekAlert! مسئول صحت اخبار منتشر شده به EurekAlert! با کمک موسسات و یا برای استفاده از هر گونه اطلاعات از طریق EurekAlert سیستم.