Bioinspired hollow semiconductor nanospheres as photosynthetic nanoparticles

类囊体 光合作用 纳米颗粒 材料科学 光催化 纳米技术 半导体 电子传输链 光催化 化学 光化学 人工光合作用 催化作用 叶绿体 光电子学 有机化学 生物化学 基因
作者
Jianhua Sun,Jinshui Zhang,Mingwen Zhang,Markus Antonietti,Xianzhi Fu,Xinchen Wang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:3 (1) 被引量:853
标识
DOI:10.1038/ncomms2152
摘要

Natural photosynthesis occurs in the thylakoid membrane where functional proteins and electron carriers are precisely arranged to efficiently convert sunlight into a chemical potential between the two membrane sides, via charge separation and electron transport chains, for use in oxygen generation and CO2 fixation. These light-harvesting complexes and cofactors have been actively mimicked using dyes, semiconductors and catalytic nanoparticles. However, the photosynthetic scaffold that optimizes both the capture and distribution of light and separates both the oxidative and reductive species has been mimicked much less often, especially using polymer substances. Here we report the synthesis of hollow nanospheres sized in the optical range and made of a robust semiconductor, melon or carbon-nitride polymer. These hollow nanospheres are shown to function as both light-harvesting antennae and nanostructured scaffolds that improve photoredox catalysis, which was determined to have a 7.5% apparent quantum yield via a hydrogen-generation assay. Photosynthesis occurs at the thylakoid membrane, which acts as a scaffold, precisely arranging functional proteins and electron carriers. Sunet al.synthesize hollow photosynthetic nanospheres that function as light-harvesting antennae and structured scaffolds that improve photoredox catalysis.
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