Растения научились ловить солнечный свет миллиарды лет назад, используя изящные кольца пигментов в своих листьях. Теперь ученые из Университета Осаки сделали важный шаг к повторению этого механизма: они создали искусственные молекулы, которые сами собираются в слоистые кольца, где заряд и энергия движутся свободно — почти как в фотосинтезе. Это открывает путь к новым технологиям в энергетике и электронике.

Результаты опубликованы в издании Angewandte Chemie International Edition.

В природе пигменты образуют кольцевые структуры, эффективно улавливающие свет. Ключевая особенность — круговая проводимость: энергия и заряд циркулируют по кольцу без потерь. Попытки повторить это в солнечных батареях велись давно, но успех пришел только сейчас.

До сих пор искусственные аналоги работали только в одиночных молекулах, — говорит Дайсуке Сакамаки, ведущий автор исследования.

Его команда пошла дальше, создав структуру, где несколько молекул собираются в кольцо, как в природных системах.

За основу взяли фталоцианины — ароматические соединения, часто используемые в красителях и солнечных элементах. Ученые спроектировали плоские молекулы с восемью «столбиками», которые легко передают электроны. В растворе эти молекулы автоматически соединяются парами, образуя плотное кольцо из 16 слоев. Электроны начинают двигаться по кругу, имитируя природный фотосинтез.

Рентгеноструктурный анализ подтвердил форму колец, а спектроскопия показала, что энергия и заряд действительно циркулируют в них.

Это первое прямое доказательство круговой проводимости между молекулами, — говорит Сакамаки. — Теперь мы можем по-новому использовать фталоцианины, хотя их изучают уже больше века.

Главное здесь — простота: сложные природные системы можно воспроизвести, используя самосборку молекул. Это не только поможет понять фотосинтез, но и даст толчок новым технологиям.

Мы планируем применить этот подход к другим молекулам, чтобы создать больше вариантов таких систем, — добавляет Сакамаки.

Этот прорыв может привести к:

• Более эффективным солнечным батареям, где энергия не теряется при передаче.
• Новым типам органической электроники — например, гибким дисплеям или датчикам.
• Развитию квантовых вычислений, где важна управляемая циркуляция заряда.

Пока система работает только в контролируемых лабораторных условиях. Для коммерческого использования нужно решить, как стабилизировать эти кольца в реальных устройствах и масштабировать производство.

Ранее ученые задумались о создании экологичных батарей из растений.