Browsing by Author "Szewczyk, Sebastian"
Now showing 1 - 1 of 1
Results Per Page
Sort Options
Item Fotosystem I jako materiał światłoczuły w ogniwach słonecznych(2018-09) Szewczyk, Sebastian; Gibasiewicz, Krzysztof. PromotorFotosystem I (PSI) jest kompleksem białkowo-barwnikowym występującym powszechnie w błonach tylakoidowych organizmów przeprowadzających fotosyntezę tlenową – roślin wyższych, glonów i sinic. Jego rolą jest transbłonowy transport elektronów, zachodzący dzięki zaabsorbowanej energii świetlnej. PSI z roślin wyższych i glonów składa się z rdzenia oraz dodatkowych, zewnętrznych układów antenowych (LHCI). Z kolei PSI z sinic nie zawiera zewnętrznych anten, jednak grupuje się w układy trimeryczne. Światło może być pochłaniane dzięki zawartym w strukturze PSI cząsteczkom chlorofilu. Około 90 z nich zlokalizowanych jest w rdzeniu i tworzy tak zwany rdzeniowy układ antenowy. Rolą barwników w układach antenowych jest absorbowanie światła i przekazywanie energii wzbudzenia do zlokalizowanego centralnie w strukturze tak zwanego centrum reakcji (CR). CR zawiera zespół przenośników elektronów, dzięki którym dochodzi do aktu przestrzennego rozdziału ładunków. Istotną cechą PSI jest wysoka sprawność kwantowa tego procesu, bliska jedności. Oznacza to, że niemal każdy zaabsorbowany foton inicjuje rozdział ładunku. Można zatem powiedzieć, że PSI jest wysoce wydajnym, naturalnym nanoprzetwornikiem opto-elektronicznym. Cecha ta w połączeniu z wysoką stabilnością kompleksu PSI poza naturalną błoną a także w relatywnie szerokim zakresie temperatur sprawia, że układ ten stał się interesującym kandydatem w różnego rodzaju zastosowaniach bio-fotowoltaicznych. Zaletą rozwiązań opartych na wykorzystaniu naturalnych układów fotosyntetycznych w rozmaitych konstrukcjach bio-hybrydowych jest łatwość ich pozyskiwania, niski koszt izolacji oraz brak toksyczności. Obecnie, wiele grup badawczych prowadzi eksperymenty związane z wytwarzaniem tego typu układów opartych na kompleksach PSI. Pojawia się jednak naturalne pytanie, na ile drastycznie odmienne od naturalnego środowisko, zdeponowanych na powierzchni nieorganicznej, częściowo wysuszonych i stłoczonych kompleksów PSI, moduluje ich własności. Zasadniczym celem pracy jest zbadanie własności spektralnych oraz dynamiki wzbudzenia elektronowego kompleksów PSI zdeponowanych na szkle pokrytym warstwą przewodzącą (FTO) i porównanie uzyskanych rezultatów z wynikami dla PSI w roztworze. Pierwsze etapy transferu energii i elektronu po wzbudzeniu zachodzą w pikosekundowej i subpikosekundowej skali czasu, dlatego do badania tych procesów wykorzystano techniki czasowo-rozdzielczej, ultraszybkiej spektroskopii laserowej, zarówno fluorescencyjnej jak i absorpcyjnej. Analogiczne jak w pomiarach spektroskopowych, zdeponowane na FTO układy PSI zbadane zostały również pod kątem odpowiedzi fotoprądowej. W ramach pracy podjęto próbę wyjaśnienia mechanizmu odpowiedzialnego za generowanie fotoprądu pod wpływem naświetlania. Pobocznym celem pracy było także stworzenie możliwie prostej i uniwersalnej procedury izolacji kompleksów PSI z 3 różnych rodzajów organizmów: roślin, glonów i sinic. Wyniki czasowo-rozdzielczych pomiarów fluorescencji sugerują, że dynamika wzbudzenia elektronowego w zdeponowanym PSI zachowuje swój dwufazowy charakter obserwowany dla PSI w roztworze. Zanik wzbudzenia (na skutek jego pułapkowania w CR) jest jednak przyspieszony [Szewczyk i wsp. 2017, Photosynthesis Research 132, 111-126]. Depozycja kompleksów PSI powoduje także pewną modyfikacją ich własności spektralnych, wynikającą z pojawienia się dodatkowych oddziaływań pomiędzy cząsteczkami chlorofili w warunkach stłoczenia. Eksperymenty mające na celu wyjaśnienie przyspieszenia zaniku wzbudzenia wykonano przy pomocy czasowo-rozdzielczej spektroskopii absorpcyjnej. Porównanie układów, w których kompleksy PSI deponowane były na podłożu przewodzącym i nieprzewodzącym, w wariancie suchym i w kontakcie z wodnym roztworem, sugerują, że sam fakt stłoczenia jest wystarczający do spowodowania wspomnianego efektu przyspieszenia zaniku wzbudzenia [Szewczyk i wsp. 2018, Photosynthesis Research 136, 171-181]. Pomiary fotoelektrochemiczne wskazują na aktywność fotokatalityczną kompleksów PSI po depozycji, która objawia się zdolnością do generowania fotoprądu pod wpływem naświetlania. Osiągnięte rezultaty potwierdzają przydatność zastosowania kompleksów PSI w układach bio-fotowoltaicznych, pomimo pewnych modyfikacji ich własności spektralnych i dynamicznych.