仿生光捕获的设计原则与基本权衡

合成化学与超分子化学的最新进展为设计具有定制纳米结构的有机系统以应用于各种技术领域创造了机遇。其中一个关键应用领域是光能的捕获及其向电化学或化学形式的转换，用于光伏或传感应用。在本工作中，我们研究了模拟多种超分子技术所产生结构的发色团圆柱形组装体。我们的研究特别受病毒模板组装所产生的多样化结构的启发。我们利用多目标优化框架来确定此类组装体在存在和不存在无序情况下的光捕获性能的设计原则与局限性。我们发现了圆柱形组装体中试图同时最大化能量转移效率和吸收带宽时遇到的基本权衡。我们还合理解释了最优设计策略，并阐明了为何各种结构能提供最优性能。最重要的是，我们发现最优设计策略取决于系统中能量无序和结构无序的程度。这些研究旨在发展一种量子信息引导的理性设计方案，用于构建具有与生物光合作用光捕获复合物同等程度定制纳米结构的有机组装体，并有望重现其卓越的光捕获性能。