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氮掺杂碳纳米管上天然光系统的定向纳米级自组装用于太阳能收集

DOI:10.1021/acsabm.9b00120 期刊:ACS Applied Bio Materials 出版年份:2019 更新时间:2025-11-14 15:29:11
摘要: 天然光合系统(PSs)因其高效的能量转移量子效率而备受关注,被视为生物太阳能采集器。然而,与固体电极杂化的PSs由于界面特性不佳和PSs随机取向,导致光捕获效率较低,这些因素均会阻碍电荷的高效提取与转移。本研究报道了通过静电相互作用实现天然PSs与氮掺杂碳纳米管(NCNTs)的无连接剂定向自组装。NCNTs上质子化的氮掺杂位点促进了带负电的PSs基质侧自发固定,无需绝缘聚合物连接剂即可形成有利于电子转移的理想取向。所得PS/NCNT杂化材料的光电流密度达1.25±0.08 μA cm?2,显著高于分别用聚乙烯亚胺(0.60±0.01 μA cm?2)和十二烷基硫酸钠(0.14±0.01 μA cm?2)稳定的PS/CNT杂化材料。该研究强调了无连接剂组装PSs形成定向杂化结构对构建高效光捕获电极的重要性。
作者: Insu Kim,Nyeongbeen Jo,Moon Young Yang,Jeonga Kim,Hwiseok Jun,Gil Yong Lee,Taeho Shin,Sang Ouk Kim,Yoon Sung Nam
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研究概述 实验方案 设备清单

开发一种无需连接剂的定向自组装方法,通过静电相互作用将天然光合系统(PSs)与氮掺杂碳纳米管(NCNTs)结合,以提高电荷提取和转移效率,从而增强太阳能捕获效率。

通过静电相互作用实现光敏剂与氮掺杂碳纳米管的无连接剂自组装,可形成高度取向的杂化结构,从而增强电荷传输和光电流产生。与连接剂介导的方法相比,该策略能提供更高效的光捕获电极,在太阳能应用中具有进一步优化的潜力。

与其他半导体基光电极相比,所实现的光电流密度仍然很低。局限性包括需要增加单位电极面积上沉积的PSs总数,以及在恶劣条件下可能的不稳定性。建议通过三维组装或对PSs进行基因改造来进一步优化。

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