光合作用的发现可以帮助设计更高效的人造太阳能电池

2019-10-18 10:09:18

佐治亚州立大学的研究人员说,在光合作用过程中发生的自然过程可能导致设计出效率更高的人造太阳能电池。在光合作用过程中,植物和其他生物(例如藻类和蓝细菌)将太阳能转换为化学能,以后可将其用作活动的燃料。在植物中,来自太阳的光能使电子迅速移动穿过细胞膜。在人造太阳能电池中,电子经常返回其起点,并且所捕获的太阳能会丢失。在植物中,电子实际上永远不会返回其起点,这就是为什么在植物中捕获太阳能如此高效的原因。称为反向区域电子转移的过程可能有助于抑制这种“反向电子转移”。

这项研究的结果发表在《美国国家科学院院刊》上,提供了定量的证据,证明反向区域电子转移是光合作用中与太阳能转化相关的非常高的效率的原因。

关于这种现象的理论研究使鲁道夫·马库斯博士获得了1992年诺贝尔化学奖,但是直到现在,这种机理还没有在自然光合作用系统中得到证实。研究人员研究了淡水蓝藻物种集胞藻的光合作用反应中心,该植物具有与植物相同的光合作用机制。

佐治亚州物理学与天文学系首席作者兼教授加里·黑斯廷斯博士说:“我们能够通过发明一种方法使我们成功进行所需的具有挑战性的实验,首次揭示了该机制的存在。”州。“我们的发现为人们思考如何设计人造太阳能电池提供了新的思路,例如,人造太阳能电池可用于生产氢气,可用作清洁和可再生燃料。”

太阳能是最清洁,最丰富的可再生能源,可以转化为热能,化学能或电能。黑斯廷斯说,通过利用并转化每年降落在地球上的太阳能的一小部分,人类对能源的日益增长的渴望可能会被消除。据太阳能工业协会称,美国的太阳能市场行业正在努力扩大太阳能技术的生产并降低成本,但它面临一些挑战。

黑斯廷斯说:“植物比任何人造太阳能电池都更高效,更高效地转换太阳能。” “在光合作用中,光进入,电子在膜上移动,并且不会回来。人工系统的主要问题是电子会在很多时候回去。这就是为什么植物如此高效的真正原因所在。转换太阳能。

“对于植物中高效太阳能转换的基础了解甚少。这是不幸的,因为在该领域的详细知识对于协助寻求经济上可行的人造太阳能转换器的设计很重要。我们的工作揭示了一个正在发挥作用的设计原理在植物中进行有效的太阳能转换方面,希望该原理可用于设计新型更好的人造太阳能电池。”

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