Bloco de construção molecular

Melhorando a eficiência da transferência de energia imitando sistemas fotossintéticos

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Na natureza, o transporte eficiente de energia de longo alcance ao longo de arquiteturas supramoleculares de moléculas orgânicas é um passo fundamental para a fotossíntese que converte a luz solar em energia. Compreender esses processos de transporte e poder manipulá-los para o transporte elétrico é algo que os pesquisadores tentam fazer há décadas.

Construir um sistema bem definido que imita os sistemas fotossintéticos se mostrou difícil, no entanto. Trabalho recente de Richard Hildner, físico da Universidade de Groningen, e seus colegas investigaram o transporte de energia em um sistema artificial feito de nanofibras. Suas descobertas foram publicadas no Jornal da sociedade química americana.

Bloco de construção molecular

Uma ilustração (à esquerda) do bloco de construção molecular para as fibras, composto por (núcleo de triarilamina híbrida em carbonila (vermelho), três porções amida (periferia volumétrica azul e quiral (cinza)) Imagem usada por cortesia de Richard Hildner, University of Groningen

Pacotes de nanofibras

“Os sistemas fotossintéticos naturais foram otimizados por bilhões de anos de evolução. Achamos isso muito difícil de copiar em sistemas artificiais ” disse Hildner. No entanto, ele e seus colegas notaram que um sistema que eles desenvolveram há cinco anos, que utiliza quatro fibras de micrômetro de comprimento, era capaz de transportar energia, mas algum tipo de instabilidade fez com que o transporte de energia ficasse preso no meio das fibras.

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Para tentar melhorar a eficiência do transporte de energia, Hildner e sua equipe criaram feixes de nanofibras e os usaram. “Essa é a mesma idéia usada na eletrônica normal: fios de cobre muito finos são agrupados para criar um cabo mais robusto” ele disse. No entanto, constatou-se que essas nanofibras agrupadas eram piores no transporte de energia do que suas contrapartes únicas.

A equipe diz que isso se resume a algo chamado coerência. Quando a energia é colocada nas moléculas das fibras, ela cria um estado excitado que é deslocalizado sobre várias moléculas. Isso significa que ele pode se mover rápida e eficientemente através da fibra entre moléculas como uma onda. Sem coerência, a energia é limitada a uma única molécula e deve pular de uma para a outra – um método de transporte mais lento. Nos feixes de nanofibras, a coerência é perdida devido à natureza comprimida das fibras e, portanto, o transporte de energia é prejudicado.

Otimizando o transporte de energia em fibras moleculares

Embora o trabalho da equipe tenha sido tecnicamente um fracasso – seu objetivo era usar esses pacotes para melhorar a eficiência da transferência de energia -, suas descobertas ainda têm muito mérito. Agora eles poderiam ser usados ​​por outras equipes de pesquisa como uma maneira de calcular como otimizar o transporte em nanofibras.

E, ao fazer isso, poderíamos começar a ver o desenvolvimento de eletrônicos mais eficientes, que exibem menos resistência elétrica, são mais estáveis ​​e têm propriedades mais desejáveis ​​projetadas para eles.

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