ถึงเวลามนุษย์เก็บเกี่ยวพลังงานแสงได้เหมือนธรรมชาติแล้ว

นักวิจัยจาก Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ร่วมกับ Washington State University พัฒนาวัสดุที่สามารถดักจับและกักเก็บพลังงานแสงเอาไว้ได้ร่วมกันขึ้นมา โดยวัสดุดังกล่าวมีระบบเก็บเกี่ยวแสงประสิทธิภาพสูง สามารถใช้งาน Photovoltaics และ Bioimaging ได้

วัสดุใหม่ที่พัฒนาขึ้นมานั้นเป็นภาพสะท้อนของโครงสร้างและฟังก์ชันที่มีความซับซ้อนของวัสดุตามธรรมชาติที่มีลักษณะของการผสมผสาน (Hybrid) วัสดุเหล่านี้เป็นการรวมกันของโปรตีน เช่น โมเลกุลสังเคราะห์ที่มีความซับซ้อนระดับ Silicate-based Nanocluster เพื่อสร้าง Nanocrystal ที่มีความแข็งแรงสูง หลังจากนั้นตั้งโปรแกรมให้วัสดุ Hybrid 2 มิติให้สาร้างระบบเก็บเกี่ยวแสงที่มีศักยภาพสูง

ด้วยโครงสร้างโปรตีนที่นักวิจัยสร้างขึ้นที่เรียกว่า Peptoid เมื่อไปติดอยู่กับโครงสร้างที่เหมือนกรงที่เป็น Silicate-based (Abbreviated POSS) ภายใต้เงื่อนไขที่ถูกต้องทีมวิจัยสามารถเหนี่ยวนำโมเลกุลเหล่านี้ให้ประกอบตัวเองเป็นคริสตัล Nanosheet 2 มิติ ที่สมบูรณ์แบบได้ ทำให้เกิดชั้นเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีความซับซ้อนคล้ายกับที่มีอยู่ในธรรมชาติ ในขณะเดียวกันยังคงไว้ซึ่งความเสถียรและเพิ่มความสามารถของคุณสมบัติเชิงกลในแต่ละโมเลกุลได้อีกด้วย

โครงสร้าง POSS-peptoid Nanocrystal และคุณสมบัติเฉพาะตัวที่มีรวมถึงความสามารถในการตั้งโปรแกรมได้ นักวิจัยจึงล้วงลึกลงไปในคุณสมบัติเหล่านี้และตั้งค่าโปรแกรมให้วัสดุรวบรวมกลุ่มฟังก์ชันเหล่านี้ไว้ในตำแหน่งและระยะห่างของ Intermolecular ที่เฉพาะเจาะจง เมื่อ Nanocrystal รวมกับความแข็งแรงและความสม่ำเสมอของ POSS ที่มีโครงสร้าง Peptoid ที่หลากหลาย การตั้งโปรแกรมจึงมีความเป็นไปได้ที่แทบจะไร้ที่สิ้นสุด

นักวิจัยได้ทำการลอกเลียนวิธีกักเก็บแสงแบบเดียวกับที่ธรรมชาติใช้เม็ดสี โดยใช้โมเลกุลพิเศษ (Donor Molecule) และโครงสร้างที่เหมือนกรงเกี่ยวกระหวัดไว้กับโมเลกุลตัวรับ (Acceptor Molecule) ในตำแหน่งที่เฉพาะเจาะจงภายใน Nanocrystal โดย Donor Molecule จะดูดซับแสงในช่วงคลื่นจำเพาะและขนย้ายพลังงานแสงไปยัง Acceptor Molecule ซึ่งจะทำหน้าที่ปล่อยแสงที่หลากหลายช่วงคลื่นที่แตกต่างกันออกมา ระบบที่สร้างใหม่นี้แสดงให้เห็นว่าพลังงานที่ถูกถ่ายโอนได้มีมากถึง 96% นับเป็นหนึ่งในระบบเก็บเกี่ยวแสงที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด

ที่มา:
Pnnl.gov