(PhysOrg.com) -- Onze pogingen om zonne-energie te gebruiken blijven zeer ineffectief; de echte meesters van dit ambacht zijn fotosynthetische planten, algen, en bacteriën. De wetenschap probeert deze organismen na te bootsen.

Igor Nabiev van het NanoGUNE Research Center in San Sebastian (Spanje), Alexander O. Govorov van de Universiteit van Ohio (VS), John Donegan van CRANN, Trinity College Dublin (Ierland), en een team van Spaanse, Iers, Frans, en Russische wetenschappers hebben nu een nieuwe benadering ontwikkeld om de lichtefficiëntie te verhogen. Zoals ze rapporteren in het journaal Angewandte Chemie, ze hebben het fotosynthetische centrum van een paarse bacterie met succes uitgerust met een "lichtoogstantenne" bestaande uit een kwantumdot - een anorganisch nanokristal.

In organismen, de eerste stap van fotosynthese is de absorptie van licht door een antenne, een complex van eiwitten en pigmenten dat door lichtenergie in een elektronisch aangeslagen toestand wordt gebracht. Het energiepakket kan dan worden doorgegeven aan speciale chlorofyl-cofactoren in het reactiecentrum van het fotosyntheseapparaat. Daar wordt de energie uiteindelijk gebruikt om cellulaire energievoorraden zoals ATP te produceren. Het doorgeven van de energiepakketten vindt plaats via een speciaal stralingsvrij proces genaamd Förster-resonantie-energieoverdracht (FRET), waarin de elektronische toestanden van de zender en ontvanger van de energiepakketten in resonantie moeten worden gebracht.

Kunstmatige fotosynthetische systemen hebben ook een antenne nodig voor het efficiënt oogsten van licht. Ook moet de antenne de energiepakketten via FRET kunnen doorgeven. Eerdere synthetische antennes waren organische kleurstofmoleculen, die het nadeel hebben dat ze een te klein bereik van golflengten van zonlicht opvangen. Verder, ze zijn niet stabiel bij langdurige bestraling. Het nieuwe idee in dit geval was om de organische moleculen te vervangen door fluorescerende anorganische kwantumstippen als antennes. Quantum dots zijn nanoscopische kristallen die zo klein zijn dat ze zich in veel opzichten gedragen als moleculen in plaats van als macroscopische vaste objecten. De elektronische en optische eigenschappen van quantum dots, inclusief de golflengten die ze absorberen, kan grotendeels op bestelling worden gemaakt, omdat deze afhankelijk zijn van de grootte, vorm, en samenstelling van de punt.

De onderzoekers kozen ervoor om quantum dots te gebruiken die gemaakt zijn van cadmiumtelluride en cadmiumselenide, die fluoresceren onder bestraling en op lange termijn stabiel blijven. De grootte en samenstelling van het oppervlak werden zo gekozen dat ze een bijzonder breed scala aan zonlicht konden absorberen.

De onderzoekers konden de quantum-dot-antenne koppelen aan een reactiecentrum van het fotosynthetische systeem van een paarse bacterie. Onder bestraling, de quantum dots fluoresceren dan niet meer; in plaats daarvan geven ze de geabsorbeerde energie door aan het reactiecentrum via FRET. Deze nieuwe benadering kan een weg banen naar nieuwe synthetische fotosynthetische systemen.