“混合纳米结构提高了光捕获效率”

为了吸收入射进来的阳光，植物和一些细菌依赖于吸收光的蛋白质复合体，这种复合体含有叫做发色团的分子。 这个复合体将太阳能聚集在光合反应的中心，并在那里转化为代谢过程的化学能。

在这个自然建筑的启发下，美国能源部( doe )布鲁克海文国立研究所和斯通尼布鲁克大学) sbu )的科学家组装了纳米混合结构，其中含有生物)和无机)非生物)的材料。 他们使来源于蓝细菌的光捕获蛋白质、半导体纳米晶体(量子点)和只有一个原子层的二维(2-d )半导体过渡金属结合。 4月29日在《美国化学学会》( acs )杂志上发表的论文称，该纳米结构可用于提高太阳能电池从太阳中提取能量的效率。

今天最好的太阳能电池板可以将它们吸收的约23%的太阳光转换为电能，但平均来说，它们的效率在15%到18%之间。 相应的作者，布鲁克海文软件和生物纳米材料小组的材料科学家mircea cotlet说。 实验室功能纳米材料中心( cfn ) -美国能源部科学客户设施办公室。 如果能提高效率，就能产生越来越多的电力。 组装的生物-非生物纳米复合材料与只含有二维半导体的结构相比，显示出更强的光收集和电荷载流子的产生。 这些特征增加了纳米复合材料对光的响应，当结构嵌入场效应晶体管( fet )时，这些特征就是光电元件。

设计纳米复合材料时，科学家选择了原子级薄的二维硒化钼( mose2)作为自下而上组装的平台。 二硒化钼是半导体，或者导电率介于普通导体(对电流的电阻小)和绝缘体)之间的材料。 他们使mose2、量子点( qd )和蓝细菌产生的纤维素) apc )蛋白质这两种强力的光捕获纳米材料结合。

科学家们可以根据它们的光捕获特性选择这些成分，设计成分的带隙(激发电子参与传导所需的最小能量)，通过纳米混合物用取向法促进协同的阶段性能量转移。 杂交中，能量从光激发的qd流向apc蛋白质，然后流向mose2。 该能量转移模拟表面发色团[在此情况下为qd]吸收光，将收集到的能量诱导到中间发色团[在此为apc，最终诱导到反应中心[在此为mose2的自然光捕获系统。

为了结合不同的组件，科学家应用了静电自组装技术。 这是基于带电粒子之间相互作用的技术(就像电荷排斥一样)。 然后，他们使用专用的光学显微镜检测了通过纳米复合材料的能量转移。 这些测量结果表明，添加apc蛋白质层后，纳米复合材料和单层mose2的能量转移效率提高30%。 他们还测量了制备的fet中混合的纳米混合物的光响应，发现对只含有一种成分的fet有最高的响应度，产生的光电流是入射光的两倍以上。

在生物-非生物杂交品种中，越来越多的光被转移到了mose2上，第一作者和研究员李明星说在cfn软件和生物纳米材料组的cotlet上工作。 增加的光传输与mose2中的高电荷载流子迁移率相结合，意味着太阳能电池器件中的电极会收集越来越多的载流子。 这个组合有望提高器件的效率。

科学家们提出，在qd和mose2之间加入apc可以产生漏斗状的能量转移效应。 这是因为apc优先考虑自身对mose2的定向。

李说，我相信这项研究是第一批涉及二维过渡金属半导体的级联生物非生物纳米混合物的典范之一。 在今后的研究中，将与理论家合作，更深入地了解这种增强能量转移的潜在机制，明确其在能量收集和生物电子学中的应用。

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