2020年5月11日
自然界中的光合系统非常有效地将能量输送到反应中心，并在那里转化为对生物体有用的形式。科学家们一直以此为灵感，学习如何在分子电子学等领域高效地传输能量。来自格罗宁根大学的物理学家Richard Hildner和他的同事们研究了纳米纤维人工系统中的能量传输。研究结果发表在美国化学学会杂志．
“经过数十亿年的进化，自然光合系统得到了优化。我们发现这在人工系统中很难复制。”格罗宁根大学副教授Hildner解释道。在细菌或植物的光收集复合体中，光被转换成能量，然后以最小的损失传输到反应中心。
包
五年前，Hildner和他的同事开发了一个系统，在这个系统中，圆盘状的分子被堆叠成长度超过4微米、直径仅为0.005微米的纳米纤维。相比之下，一根头发的直径只有50-100微米。这个系统可以像光合系统中的天线一样传输能量。“但我们有时会看到能量传输卡在四微米长的纤维中间。”系统中的某些东西似乎不稳定，”他回忆道。
为了提高能量传输效率，Hildner和他的同事创造了纳米纤维束。“这和普通电子产品的原理是一样的:将非常细的铜线捆绑在一起，形成更结实的电缆。”然而，捆绑的纳米纤维在传输能量方面比单纤维差。
一致性
原因在于所谓的连贯性。当能量被注入到构成纤维的分子中时，就会产生一个激发态或激子。然而，这种激发态并不是与单个分子相关联的能量包。希尔德纳：“能量在几个分子上是非定域的，因此它可以在纤维上快速有效地移动。”这个离域意味着能量像波一样从一个分子移动到下一个分子。相比之下，没有相干性，能量仅限于单个分子，必须从一个分子跳到另一个分子。这种跳跃是一种慢得多的能量传输方式。
“在捆绑中，连贯性丧失了，”希尔德纳解释道。这是由束对其中每根纤维施加的应变引起的。“纤维被压缩后，分子的侧边就会相互碰撞。”这改变了能源格局。在一个纤维中，几个相邻分子的激发态的能量处于同一水平。在一个束中，分子的局部环境不同，导致能级不同。
自行车旅游
“想象一下，你正在骑自行车旅行。“巡演的高度剖面代表了组成纤维的分子中的能级，”他说希尔德纳说。如果你在荷兰骑自行车，你会很快到达目的地，因为那里地势平坦。相比之下，在阿尔卑斯山，你必须经常骑自行车上坡，这很难，而且会让你减速因此，当纤维中分子的能量水平不同时，运输就变得更加困难。
这一发现意味着该团队最初的想法，即使用纳米纤维束来提高能量传输效率，最终以失败告终。然而，他们从中得到了宝贵的教训，理论物理学家现在可以用这些教训来计算如何优化分子纤维的传输。“我在格罗宁根大学的同事们正在这样做。但我们已经知道一件事:如果你想在纳米纤维中进行良好的能量传输，不要使用束!”
简单的科学总结欧洲杯线上买球
植物和光合细菌通过分子天线捕捉阳光，然后将能量转移到反应中心，损失最小。科学家们希望制造出能同样有效地传递能量的分子线。格罗宁根大学的科学家们通过将某些分子堆积在一起而制造出微小的纤维。单纤维传输能量，尽管有时会发生故障。创建成束的光纤（就像铜线一样）被认为是解决方案，但事实并非如此。当能量分散在几个分子上时，运动很快。在单纤维中，这种方法效果很好，但在成束纤维中，由于分子经历应变，这种扩散受到阻碍。这些结果可以用来更好地理解分子线的能量传输，这将有助于更好的线的设计。
参考文献:Bernd Wittmann, Felix A. Wenzel, Stephan Wiesneth, Andreas T. Haedler, Markus Drechsler, Klaus Kreger, Jürgen Köhler, E. W. Meijer, Hans-Werner Schmidt和Richard Hildner:通过定制相干性增强超分子体系结构中的远程能量传输。j。化学。Soc。附属机构:德国贝特鲁斯大学;荷兰埃因霍温大学;荷兰格罗宁根大学。
资料来源：https://www.rug.nl/