Badania prowadzone pod kierunkiem prof. Macieja Garstki z Zakładu Regulacji Metabolizmu Wydziału Biologii UW pozwoliły skonstruować układ fotowoltaiczny zbudowany z antenowych kompleksów fotosyntetycznych (LHCII), elektrody z przewodzącego grafitu oraz drobnocząsteczkowej pochodnej chinonu biorącej udział w transferze energii i elektronów między LHCII i elektrodą. Interdyscyplinarny zespół tworzyli naukowcy z Wydziału Biologii (dr Magdalena Łazicka, Paulina Piotrowska, dr Bohdan Paterczyk, dr Radosław Mazur, prof. dr hab. Maciej Garstka), Wydziału Chemii (dr Adriana Palińska-Saadi, prof. dr hab. Magdalena Maj-Żurawska) oraz Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych (dr Adriana Palińska-Saadi) Uniwersytetu Warszawskiego. Wyniki zostały przedstawione w pracy „The coupled photocycle of phenyl-p-benzoquinone and Light-Harvesting Complex II (LHCII) within the biohybrid system” opublikowanej na łamach “Scientific Reports” 12 (2022) 12771.
Powszechnie wykorzystywanie energii słonecznej do produkcji energii elektrycznej jest możliwe dzięki wykorzystaniu ogniw słonecznych opartych na krzemie lub perowskitach. Poza badaniami nad zwiększeniem wydajności ogniw półprzewodnikowych prowadzone są prace nad utworzeniem ogniw naśladujących naturalną fotosyntezę. Ich celem jest zebranie informacji, które w przyszłości posłużą do utworzenia superwydajnych systemów fotowoltaicznych nowej generacji. Jednym z kierunków wpisujących się w tzw. badania sztucznej fotosyntezy, są prace nad fotoaktywnymi układami biohybrydowymi, łączącymi naturalnie występujące kompleksy barwnikowo-białkowe z materiałami o właściwościach przewodzących. Przykładem tego nurtu są opisane badania.
Pierwszym etapem fotosyntezy jest absorbcja światła przez barwniki zawarte w kompleksach antenowych. Jednym z nich jest główny kompleks chlorofilowo-białkowy LHCII, związany z drugim układem fotosyntezy i zlokalizowany w chloroplastach roślin. W prezentowanych badaniach izolowany kompleks LHCII został użyty jako warstwa fotoaktywna, osadzona na wykonanych metodą sitodruku, porowatych elektrodach z pochodnej węgla, grafitu (GE). Funkcjonalność tego układu zależała od obecności przenośnika elektronów, pochodnej chinonu, fenylo-para-benzochinonu (PPBQ). Dopiero połączenie tych trzech elementów (GE+LHCII+PPBQ) umożliwiło indukowaną światłem produkcję prądu elektrycznego. Badanie tak skonstruowanego fotoukładu dostarczyło cennych informacji o mechanizmach przekazywaniu energii ze wzbudzonych światłem cząsteczek chlorofili na cząsteczki chinonu i dalej na elektrodę węglową. Wyniki wskazują, że najważniejsze dla wydajności fotoprądowej układu są przestrzenne oddziaływania w wymiarze nanometrowym. Wykazano także przydatność w konstrukcji układów fotowoltaicznych pochodnych chinonu i węgla, materiałów tanich, łatwych w produkcji i niezanieczyszczających środowiska.
Źródło: www.biol.uw.edu.pl