从藻类大规模生产具独特纳米结构和晶体特性的钙钛矿

　　科学家将藻类的矿物壳转化为具有可调物理性能的、传统合成生产无法实现的独特纳米结构的钙钛矿。该方法可用于从单细胞生物中大规模生产具有可调结构和光电特性的钙钛矿。

　　

钙钛矿由于其优异的电学、光学和光子特性，在广泛的应用领域中越来越受欢迎。钙钛矿材料在太阳能、传感和探测、光催化、激光等领域具有革命性的潜力。钙钛矿的性质可以通过改变其化学成分和内部结构(包括其晶体结构的分布和方向)来调整用于特定应用。目前，影响这些特性的能力在很大程度上受到制造方法的限制。德累斯顿工业大学的一个科学家团队利用单细胞生物多年的进化，从藻类中制造出了具有独特纳米结构和晶体特性的钙钛矿。

利用进化的优势

“单细胞生物已经对温度、pH值和机械应力等广泛的环境因素做出了数亿年的反应。因此，它们中的一些进化出了绝对独特的生物材料，这是自然界独有的，”领导这项研究的B CUBE分子生物工程中心的研究小组负责人Igor Zlotnikov博士说。“由活生物体形成的矿物往往表现出远远超出目前合成方法所能提供的生产能力的结构和晶体特征。”

该团队专注于L. granifera，这是一种使用方解石形成外壳的藻类。它们的球形外壳具有独特的晶体结构。这些晶体呈放射状排列，这意味着它们从球体的中心向外扩散。“目前钙钛矿的制造方法无法合成出这样的材料。然而，我们可以尝试将现有的自然结构转化为功能性材料，同时保持其原有的结构。”Zlotnikov博士补充道。

化学调优

为了将藻类的天然矿物外壳转化为功能性钙钛矿，该团队必须替换方解石中的某些化学元素。他们采用了阿姆斯特丹AMOLF研究所的合作者开发的方法。在转化过程中，科学家们能够通过改变材料的化学组成来产生不同类型的晶体结构。通过这种方式，他们可以微调其光电特性。通过将方解石外壳与碘、溴化物或氯化物转换为卤化铅，该团队可以创造出功能性钙钛矿，优化后只发射红色、绿色或蓝色光。

为扩大规模做好准备

“我们首次证明，由单细胞生物产生的矿物质可以转化为技术相关的功能材料。我们可以利用它们已经经历了多年的进化适应，而不是与自然竞争。”他的团队开发的方法可以扩大规模，为工业界利用藻类和众多其他方解石形成的单细胞生物生产具有独特形状和晶体性能的功能材料提供了可能性。