生物启发的太阳能采集材料稳定化取得突破性进展

尽管有极端炎热或寒冷的温度条件，但几乎在世界的每一个角落，我们会发现光合作用的生物体在努力捕捉太阳能。揭开自然界如何高效而有力地采集光线的秘密，可以改变可持续太阳能技术的面貌，尤其是在全球气温上升之后。

在光合作用中，第一步（即光收集）涉及到光和光收集部位之间的相互作用，后者由被称为超分子组件的脆弱材料组成。从绿叶植物到微小的细菌，大自然设计了一个双组分系统：超分子组件被嵌入蛋白质或脂质支架内。目前还不清楚这种支架起什么作用，但最近的研究表明，大自然可能已经进化出这些复杂的蛋白质环境，以稳定其脆弱的超分子装配。

"尽管我们无法复制光合生物体中发现的蛋白质支架的复杂性，但我们能够调整保护性支架的基本概念，以稳定我们的人工光收集装置，"Kara Ng博士说。她的合著者包括CCNY的教授Dorthe M. Eisele和Ilona Kretzschmar，以及皇后学院的教授Seogjoo Jang。到目前为止，将大自然的设计原则转化为大规模的光伏应用还没有成功。失败的原因可能在于当前太阳能电池架构的设计范式。然而，她和她的研究团队并不是要改进已经存在的太阳能电池设计，但想从大自然的杰作中学习，以激发全新的太阳能采集架构。

在大自然的启发下，研究人员展示了小型交联分子如何克服超分子组合体功能化的障碍。他们发现硅烷分子可以自我组装，在人工超分子光收集装置周围形成一个互锁的、稳定的支架。

这些本质上不稳定的材料，现在可以在设备中存活，甚至通过多次加热和冷却循环，最新的研究提供了概念证明，类似笼子的支架设计可以稳定超分子组件，以应对环境压力，如极端的温度波动，而不破坏其有利的光收集特性。