生物發(fā)電站內(nèi)直接從太陽(yáng)獲取能量的最小構(gòu)建塊基本上是由收集器包圍的微型反應(yīng)堆，捕獲光子并將它們轉(zhuǎn)發(fā)到中心。結(jié)構(gòu)與組件相互作用之間的密切關(guān)聯(lián)提高了生產(chǎn)力，這是國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)用于提高太陽(yáng)能技術(shù)效率的戰(zhàn)略。在Friedrich-Alexander-UniversitätErlangen-Nürnberg(FAU)，物理化學(xué)I主席正在該領(lǐng)域開(kāi)展研究，最新研究成果發(fā)表在Nature Chemistry雜志上。

綠色植物，藻類和一些細(xì)菌利用陽(yáng)光轉(zhuǎn)換能量。葉綠素中的色素吸收電磁輻射，引起電子中的化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)發(fā)生在復(fù)雜蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的細(xì)胞核中，專家稱之為光系統(tǒng)I和II。在這些光系統(tǒng)中發(fā)生的過(guò)程由催化劑以一定順序誘導(dǎo)。在第一步中，氧氣從水中釋放出來(lái)。以下反應(yīng)制備碳水化合物的生產(chǎn)，其中不需要進(jìn)一步的能量來(lái)源。

光系統(tǒng)的反應(yīng)中心被分成固結(jié)復(fù)合物的光吸收顏料包圍。這些天線增加了可用于光線射擊和擴(kuò)展可用波長(zhǎng)范圍的區(qū)域，這兩者都是有利能量平衡的先決條件。每個(gè)反應(yīng)堆堆芯被大約30個(gè)天線包圍?？茖W(xué)家們進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)仍遠(yuǎn)未復(fù)制自然界的復(fù)雜性。通常，1：1的比例是可以實(shí)現(xiàn)的最佳比例：一種光吸收分子與一種用于氧化水的催化劑組合。

由Dirk Guldi教授和他的前雇員Konstantin Dirian博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組希望通過(guò)合成基于光系統(tǒng)II中結(jié)構(gòu)和功能之間相關(guān)性的模塊來(lái)革新太陽(yáng)能技術(shù)。在新開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)中，光吸收晶體(例如已經(jīng)用于LED，晶體管和太陽(yáng)能電池的晶體)被分層到圍繞水氧化催化劑的六邊形蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，在中心具有四個(gè)釕金屬原子。當(dāng)以相當(dāng)簡(jiǎn)化的方式示出時(shí)，由具有共同長(zhǎng)軸的兩個(gè)部件組成的緊湊，穩(wěn)定的單元使人聯(lián)想到圓柱形電池。在自組裝化學(xué)過(guò)程中，這種“微型發(fā)電站”產(chǎn)生二維板條。像柵格中的層一樣，

這不是對(duì)自然光系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的理想排列的完全準(zhǔn)確的再現(xiàn)，但原理是相同的。五個(gè)具有捕獲光能力的蜂窩形狀的大分子在每個(gè)反應(yīng)堆堆芯周圍形成一個(gè)護(hù)套，并且已經(jīng)表明這些小型發(fā)電站在收集太陽(yáng)能方面是有效且成功的。它們的效率超過(guò)40%，損失很小。也可以使用來(lái)自植物反射的色譜的綠色部分的波長(zhǎng)。這些研究結(jié)果滋養(yǎng)了太陽(yáng)能技術(shù)有朝一日能夠像大自然一樣有效利用太陽(yáng)能的希望。