Ispirato dalla natura, i ricercatori del City College di New York (CCNY) possono dimostrare una strategia sintetica per stabilizzare i materiali per la raccolta dell'energia solare ispirati alla bioedilizia. Le loro scoperte, pubblicato nell'ultimo numero di Chimica della natura , potrebbe essere una svolta significativa nella funzionalizzazione degli assemblaggi molecolari per le future tecnologie di conversione dell'energia solare.

In quasi ogni angolo del mondo, nonostante condizioni estreme di caldo o freddo, troverai organismi fotosintetici che cercano di catturare l'energia solare. Scoprire i segreti della natura su come raccogliere la luce in modo così efficiente e robusto potrebbe trasformare il panorama delle tecnologie di energia solare sostenibili, soprattutto a seguito dell'aumento delle temperature globali.

Nella fotosintesi, il primo passo (cioè raccolta della luce) comporta l'interazione tra la luce e l'antenna di raccolta della luce, che è composto da materiali fragili noti come assemblaggi supramolecolari. Dalle piante a foglia verde ai piccoli batteri, nature ha progettato un sistema a due componenti:gli assemblaggi supramolecolari sono incorporati all'interno di scaffold proteici o lipidici. Non è ancora chiaro quale ruolo svolga questa impalcatura, ma ricerche recenti suggeriscono che la natura potrebbe aver evoluto questi sofisticati ambienti proteici per stabilizzare i loro fragili assemblaggi supramolecolari.

"Anche se non possiamo replicare la complessità degli scaffold proteici presenti negli organismi fotosintetici, siamo stati in grado di adattare il concetto di base di un'impalcatura protettiva per stabilizzare la nostra antenna artificiale per la raccolta della luce, " ha affermato la dott.ssa Kara Ng. I suoi coautori includono Dorthe M. Eisele e Ilona Kretzschmar, entrambi professori al CCNY, e Seogjoo Jang, professore al Queens College.

Finora, tradurre i principi di progettazione della natura in applicazioni fotovoltaiche su larga scala non ha avuto successo.

"Il fallimento potrebbe risiedere nel paradigma di progettazione delle attuali architetture di celle solari, " disse Eisele. Tuttavia, lei e il suo gruppo di ricerca, "non miriamo a migliorare i progetti di celle solari che già esistono. Ma vogliamo imparare dai capolavori della natura per ispirare architetture di raccolta dell'energia solare completamente nuove, " lei ha aggiunto.

Ispirato dalla natura, i ricercatori dimostrano quanto piccolo, le molecole di reticolazione possono superare le barriere verso la funzionalizzazione degli assemblaggi supramolecolari. Hanno scoperto che le molecole di silano possono autoassemblarsi per formare un incastro, impalcatura stabilizzante attorno a un'antenna artificiale supramolecolare per la raccolta della luce.

"Abbiamo dimostrato che questi materiali intrinsecamente instabili, ora può sopravvivere in un dispositivo, anche attraverso più cicli di riscaldamento e raffrescamento, " ha detto Ng. Il loro lavoro fornisce la prova del concetto che un design di impalcatura a gabbia stabilizza gli assemblaggi supramolecolari contro i fattori di stress ambientali, quali sbalzi di temperatura estremi, senza alterare le loro favorevoli proprietà di raccolta della luce.