Wetenschapsforum

Planten maken via fotosynthese van zonlicht direct brandstof. Er bestaan kunstmatige nanobuisjes die werking van het fotosynthese-systeem deels nabootsen. Onderzoek laat zien hoe deze buisjes precies werken.


In een artikel onthullen de onderzoekers hoe nanobuisjes, die bestaan uit op elkaar gepakte kleurstofmoleculen, lichtenergie verwerken. De buisjes hebben een doorsnee van ongeveer tien nanometer (een nanometer is een miljoenste millimeter) en kunnen enkele duizendste millimeters lang zijn.


Twee lagen

‘Deze buisjes zijn al zo’n tien jaar bekend’, vertelt Jasper Knoester, hoogleraar theoretische natuurkunde aan de RUG. ‘Een kenmerk is dat ze bestaan uit twee lagen. De kleurstofmoleculen in beide lagen absorberen fotonen en raken daardoor in een aangeslagen toestand. Wij hebben nu ontdekt dat beide lagen afzonderlijk functioneren.’


Stemvork

Waar de fotonen bij een gewone zonnecel elektronen losmaken en zo elektrische stroom opwekken, zetten de kleurstoffen in de nanobuisjes de fotonen om in energie. Die energie kan van molecuul naar molecuul overspringen. ‘Je kunt het vergelijken met een stemvork die aanslaat, zodat deze gaat trillen'. ‘Wanneer je een heel rijtje stemvorken vlak bij elkaar zet en er eentje laat trillen, zullen andere stemvorken gaan meetrillen. Op die manier verspreidt de opgevangen lichtenergie zich door het nanobuisje: sommige moleculen raken aangeslagen en andere moleculen gaan “meetrillen”.’


Doorslaggevend experiment

‘We wilden weten of coherentie zich beperkt tot één wand, of dat het ook tussen wanden optreedt. Daar bestonden tegenstrijdige experimentele gegevens over’. In het artikel dat vandaag verschenen is, beschrijven de onderzoekers een doorslaggevend experiment. Via oxidatie is de buitenste schil van de nanobuisjes langzaam onklaar gemaakt. Ondertussen is gemeten hoe de absorptie van licht verandert.


Meer begrip

De conclusie luidt dat de binnenkant en de buitenkant van het nanobuisje slechts heel zwak verbonden zijn. Ze werken, in ieder geval bij kamertemperatuur, als twee onafhankelijke systemen. Een tweede experiment bevestigde dit resultaat. ‘We krijgen hierdoor meer begrip van de relatie tussen de moleculaire bouw en de functie van deze nanobuisjes.’ Dat helpt om nieuwe, eenvoudiger licht-oogstende structuren te ontwikkelen. ‘Maar we hebben nu ook meer fundamenteel inzicht in de manier waarop kwantummechanische effecten in dit soort moleculen optreden.’


Wetenschappelijke publicatie:

D. M. Eisele, et al.: Utilizing redox-chemistry to elucidate the nature of exciton transitions in supramolecular dye nanotubes


Bron:

Rijksuniversiteit Groningen