Фотоэлектрохимические комплексы нанометрового масштаба показали способность к самосборке и саморемонту. В перспективе эти наноячейки могут стать основой долговечных батарей.
Группа исследователей из четырёх университетов и институтов США, возглавляемая Майклом Страно (Michael Strano) из Массачусетского технологического (MIT), использовала натуральные фотосинтетические реакционные центры.
И хотя самой идее применения биологических молекул в фотоэлектрических панелях уже много лет, здесь был сделан радикальный шаг вперёд. Американцы подумали об одном из важных недостатков экзотических ячеек — быстрой деградации их под действием света и кислорода.
Растения решают проблему долговечности "батареек" просто — они постоянно разрушают комплексы белков, захватывающих фотоны, и тут же строят их заново. Нечто похожее удалось воспроизвести и в новой ячейке. Учёные взяли реакционные центры, добавили фосфолипиды (компоненты клеточных мембран), углеродные нанотрубки и поверхностно активные вещества (ПАВ), после чего просто перемешали всё это.
"Это похоже на головоломку, которую вы бросаете в воздух, а она падает уже в собранном виде", – говорит Страно о достижении группы. До сих пор самосборку солнечных батареек мы видели лишь в масштабе миллиметровых деталей. Майкл, кстати, известен нашим читателям по извлечению тока из нанотрубок при помощи взрывчатки.
К удивлению экспериментаторов, как только они начали удалять ПАВ из смеси, остальные молекулы принялись самостоятельно собираться в фотоэлектрические панельки нанометрового поперечника, причём при подключении контактов они оказались способны "делегировать" толику электронов в сеть. (Детали раскрывает статья в Nature Chemistry и пресс-релиз MIT.)
Процесс шёл полностью самостоятельно. Фосфолипиды формировали крошечные диски, с одной стороны которых прицеплялись нанотрубки, а с другой фоточувствительные белки (напоминает самосборку сложных наночастиц, только в том опыте действовали магнитные силы, а здесь — межмолекулярные).
Для "лечения" такой батареи достаточно вновь добавить ПАВ и немного белков на замену, а затем откачать ПАВ. Наночастицы распадутся и снова соберутся, отремонтировав любой дефект. КПД ячеек пока скромен, но их авторы считают, что технологию можно усовершенствовать, повысив концентрацию молекулярных комплексов.
