Хлорофилл как полупроводник

Обнаружены полупроводники и среди кристаллов органических веществ. К ним относятся многие органические красители (в том числе хлорофилл), нафталин и др. Для органических полупроводников важно наличие сопряженных связей в молекуле. [c.187]

Было установлено изменение выхода продуктов и скорости химических реакций, достигнута интенсификация излучения света органическими люминофорами, обнаружено влияние магнитного поля на проводимость органических полупроводников и фотопроводимость полимеров. Особый интерес представляет открытие воздействия магнитного поля на окислительно-восстановительные реакции, происходящие при помощи хлорофилла, и, в частности, на фотосинтез в зеленых листьях. [c.164]

Ряд фактов говорит за то, что неспаренные электроны делокализованы по белковой структуре. Комплекс субстрат-фермент можно рассматривать как примесный полупроводник с электронной или дырочной полупроводимостью. Электрон, попавший в зону проводимости, будет мигрировать по цепочке водородно-пептидных связей до тех пор, пока не попадает в потенциальную яму акцептора, образовавшего с ферментом комплекс. Таким путем окислительно-восстановительная реакция может осуществляться на расстоянии, без непосредственного контакта реагирующих молекул (см. 43). Наконец, известна также способность сложных молекул сохранять длительное время полученную или избыточную энергию. Так, хлорофилл может длительное время сохранять энергию фотовозбуждения. Тем не менее моделирование ферментативного катализа более простыми катализаторами — это один из перспективных путей выяснения механизма ферментативного катализа. [c.267]

СЕНСИБИЛИЗАЦИЯ ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭФФЕКТА ПОЛУПРОВОДНИКОВ ХЛОРОФИЛЛОМ и РОДСТВЕННЫМИ ПИГМЕНТАМИ [c.194]

Сенсибилизация внутреннего фотоэффекта электронного полупроводника ZnO хлорофиллом. Адсорбция хлорофилла производилась на воздухе из разбавленных растворов этанола, эфира, ацетона и толуола в концентрациях от 10 до 10 моль/л, обеспечивающих молекулярную дисперсность пигмента в растворе. Окраска окиси цинка адсорбированным хлорофиллом была слабой. Степень покрытия поверхности окиси цинка соответствует приблизительно монослою пигмента. Окрашиванию подвергались порошки окиси цинка, обнаруживающие фотоэлектрическую чувствительность, которые получа.лись а) термическим окислением при 700° С на воздухе тонких слоев цинка, полученных испарением в высоком вакууме б) нагреванием химически чистого порошка ZnO на воздухе до 900° С в) сжиганием чистого металлического цинка на воздухе. Такими приемами создавался стехиометрический избыток цинка, приводящий к появлению фотоэлектрической чувствительности в ультрафиолетовой области спектра в интервале от 400 до 230 нм [4, 5]. [c.195]

После адсорбции красителя — эозина, эритрозина, флоксина, родамина Б, пинацианола, различных карбоцианинов, фталоцианинов металлов, хлорофилла и его производных — окись цинка приобретала в видимой области дополнительный максимум фотоэлектрической чувствительности. Этот максимум совпадал с максимумом в спектре поглощения красителя, адсорбированного на полупроводнике [7, 17] (рис. 2). Фотографические десенсибилизаторы — феносафранин, пинакриптол желтый, метиленовый голубой и т. д. — сенсибилизовали ZnO гораздо слабее и не оказывали никакого влияния на собственный фотоэффект ZnO [7]. [c.208]

HgO также может быть сенсибилизована хлорофиллом и фталоцианином Mg, но менее эффективно. Для этого полупроводника сдвиг максимума в спектре сенсибилизации по отношению к максимуму спектра поглощения сенсибилизатора в ацетоне или эфире [c.209]

Фотоэффект в ZnO, сенсибилизованный хлорофиллом, его производными и фталоцианинами, составляет 30—50% от собственного фотоэффекта полупроводника, наблюдаемого в ультрафиолетовой области, что доказывает значительную эффективность переноса энергии от пигмента к полупроводнику. Очевидно, фотоэффект последнего локализован на поверхности. Спектр фотоэффекта в ZnO, сенсибилизованного бактериохлорофиллом (рис. 5, 1), содержит три максимума (780, 680 и 580 нм) и соответствует спектру поглощения раствора (рис. 5, 2), измеренного ранее [16]. Заметное изменение спектра сенсибилизации бактериохлорофиллом наблюдается после продолжительного пребывания образца на воздухе (рис. 5, 3) и вызвано, очевидно, окислением пигмента. [c.225]

Спектральная сенсибилизация фотоэлектрической чувствительности. Спектральная сенсибилизация внутреннего фотоэффекта красителями в неорганических полупроводниках длительное время исследовалась в нашей лаборатории [26]. Аналогичное явление позднее было установлено для исследованных полимеров [18]. Спектральная кривая фотопроводимости ФАМ до (кривая 1) и после (кривая 2) адсорбции хлорофилла а из раствора представлены на рис. 5. Главный максимум сенсибилизованной фотопроводимости смещен в область более длинных волн приблизительно на 10 нм по сравнению со спектром поглощения раствора кривая 3). Видно, что собственная фотопроводимость полимера увеличивается после адсорбции хлорофилла. Аналогичные результаты были получены для спектральной сенсибилизации фотоэдс. Знак фотоносителей для сенсибилизованной и собственной фотоэдс совпадал и был положительным. [c.235]

Наличие миграции энергии в коллоидной частице хлорофилла явствует из наших работ по сенсибилизации пигментами процесса возбуждения электронов в полупроводниках, на которых они адсорбированы. Если электронный полупроводник, например [c.427]

Нами доказано, что рассматриваемый процесс сенсибилизации состоит в переносе кванта энергии от молекулы хлорофилла к электронам полупроводника [19, 20]. [c.428]

ВИЯ катализаторов. Исследовал (с 1939) фотоэлектрические явления в орг. соед. и в неорг. полупроводниках. Впервые объяснил (1943) природу фосфоресцентного состояния орг. соед. как триплетную. Распространил (1945) методику спектральных исследований на фотохимические р-ции хлорофилла и его аналогов. Экспериментально подтвердил (1946) явление постепенной протонизации кислотоподобных в-в АН и образование комплекса с водородной связью А...Н...В. Открыл (1951) совм. со своим сотр. В. М. Ермолаевым явление переноса энергии между молекулами в триплетном состоянии. Создал школу сов. фотохимиков. Герой Социалистического Труда (1966). [c.428]

Проводимость используют также в так называемых хемирезисторах. Сенсоры этого типа сенсоров изготавливают из тонкой пленки органического полупроводника, уложенного поверх пленочных электродов. В качестве материалов пленки обычно служат фталоцианины, имеющие химическую структуру, подобную структуре гемина и хлорофилла. В зависимости от центрального атома комплексообразующего агента можно приготовить сенсоры для определения СО (гп-фталоцианин) или N02 (РЬ-фталоцианин). [c.505]

Эли [86] составил обзор по электропроводности кристаллических органических веществ. Органическими полупроводниками могут быть или чистые органические соединения или молекулярные комплексы, особенно твердые кристаллические вещества, которые проявляют специфическую проводимость, возрастающую с температурой. В ряде исследований [10, 44, 166], вошедших в этот обзор, предполагается, что такие полупроводниковые вещества могут играть важную роль в некоторых биологических процессах, например хлорофилл-белкоБые комплексы в фотосинтезе и комплексы белков с канцерогенными углеводородами. [c.145]

Подробное обсуждение механизма переноса энергии между молекулами пигмента в хлоропластах выходит за пределы данной книги. Однако некоторые понятия, широко используемые в литературе по фотосинтезу, заслуживают разъяснения. Б начале 1950-х годов такой перенос энергии связывали обычно с индуктивным резонансом. Считалось, что этот относительно медленный перенос может происходить между слабо связанными друг с другом молекулами в растворе, например между молекулами хлорофилла Ь и хлорофилла а [259] (см. стр. 31). Позже, с развитием физики твердого тела, некоторые исследователи пришли к выводу, что молекулы хлорофилла расположены в двумерной молекулярной кристаллической решетке и ведут себя подобно полупроводнику. В таком случае соседние молекулы должны взаимодействовать так сильно, что их орбитали будут перекрываться. Миграция экситона (представляемого как электрон и положительно заряженная дырка, движущиеся вместе по решетке [187]) должна при этом происходить столь быстро, что приписать этот экситон в любой данный момент какой-либо определенной молекуле не представляется возможным. Арнольд и Шервуд [4] показали, что если высушенные хлоропласты сначала осветить при комнатной температуре, а затем нагреть до 140° С, то они будут излучать свет. Такого рода результаты подтверждают представление о том, что хлоропласты— это система, обладающая свойствами твердого тела. Описанные процессы происходили бы в полупроводнике, если бы часть возбужденных электронов захватывалась дефектами кристаллической решетки, а затем в результате поглощения кванта дальнего красного света освобождалась и попадала обратно в дырки. Аналогичные явления наблюдались в опытах со све-. жими суспензиями hlorella и листьями (по техническим причинам, однако, их не удалось исследовать количественно). Было высказано предположение, что такой же механизм лежит в основе очень слабого послесвечения, наблюдаемого в темноте при нормальной температуре после освещения зеленых тканей [285]. [c.49]

Окисление химически активной фотовозбужденной молекулы хлорофилла реакционного центра и инициирование тем самым цепи темновых окислительно-восстановительных реакций, заканчивающихся синтезом НАДФН и АТФ, и выделение кислорода из воды оказывается возможным благодаря локализации пигмента в упорядоченной липидно-белковой матрице, содержащей набор простетических редокс-групп. Нативные агрегаты хлорофилла, в которых идет окисление только части молекул возбужденного пигмента, рассматривались в литературе как полупроводники эта точка зрения сближает первичные фотопроцессы в иих и у дефектных фотографических кристаллов AgX. В таких кристаллах затруднена темповая рекомбинация первично образовавщихся под действием света Ag° и /2X2, что делает возможным участие Ag > в качестве катализатора в последующем темновом восстановлении АдХ реагентами среды. [c.3]

Как уберечь сенсибилизатор фотопроцесса — хлорофилл а — от разрушения радикалами хлора С1 Эта проблема сейчас не решена. По-видимому, можно подыскать краситель, который не реагирует с радикалами -С . Иной путь решения проблемы--заменить Ag l другим полупроводником. В последнем случае первичный акт фотопроцесса может быть связан уже не с появлением химически активных атомов, а с фотофизическим процессом возбуждения электрона (в случае и-полупроводника) из валентной зоны в зону проводимости. Локализация электрона проводимости на дефекте полупроводника приведет к пространственному разделению электрона е и электронной вакансии — дырки р. В этом случае первичный химический акт, очевидно, будет осуществляться в приповерхностном слое полупроводник — вода. Так же как и при использовании Ag l, фотопроцесс можно сенсибилизировать к длинноволновому участку оптического спектра. [c.42]

Отделение структурной и неорганической химии I Заведующий D. А. Long Направление научных исследований химия переходных металлов и их комплексообразующие свойства фотохимия хлорофилла и ка-ротиноидов кинетика гидролиза пептидов структурные свойства расплавленных фосфатов и силикатов молекулярная спектроскопия неорганическая и аналитическая химия соединений низковалентного ниобия неорганические соединения углерода осаждение карбидов в аустенитных нержавеющих сталях кристаллическая структура фосфатов кальция фотоэмиссия металлов и полупроводников. [c.253]

Настоящая работа посвящена вопросу о возможности сенсибилизации полупроводников хлорофиллом и сходными пигментами, как имеюпщми кардинальное значение для фотобиохимических процессов. Сенсибилизация фотоэффекта неорганических полупроводников при помопщ таких молекул открыла бы новые возможности исследования идунщх под действием света процессов обмена энергией и электронами между молекулой пигмента и полупроводником, представляюпщх принципиальный интерес для задачи разработки приемов искусственного фотосинтеза. Ранее [3] было обнаружено для пленок хлорофилла и фталоцианинов на электродах в растворах электролитов возникновение фотоэлектрохимических потенциалов, характерных для фотореакций переноса электрона. [c.194]

Это определение было выполнено двумя способами, упомянутыми выше 1) методом добавочного постоянного ноля и 2) осцил-лографическим методом. Мы показали, что для электронного (ге-тип) полупроводника ZnO все сенсибилизаторы эозин, эритрозин, хлорофилл, пинацианол, флоксин, родамин Б, фталоцианин Mg, карбоцианины — всегда вызывают электронный сенсибилизованный фототок (и-тип). [c.215]

Компактные слои хлорофилла, хлорофиллидов, феофитина и фталоцианинов показывают внутренний фотоэффект, обязанный движению положительных дырок в слое. Все эти пигменты, так же как бактериохлорофилл, гематопорфирин, гематин, адсорбированные в дисперсной, мономолекулярной форме на электронных полупроводниках (ге), таких как ZnO, HgO, SnO и т. д., сенсибилизуют последние к длинноволновому излучению, поглощаемому пигментом. Этот эффект приписан переносу энергии к электронным ловушкам на поверхности полупроводника. [c.221]

Наши неоднократные прежние попытки найти фотоэффект в слоях хлорофилла методом конденсатора были долгое время безуспешными. Напротив, мы нашли, что полупроводники и-типа (ZnO, HgO и т. д.), окрашенные хлорофиллом а и а+5), этил-и метилхлорофиллидами, бактерохлорофиллом, а также гематопорфирином, гематином и т. п., показывают заметный эффект сенсибилизации с высоким и узким максимумами, характерными для адсорбированных молекул пигмента (рис. 4, 5). [c.225]

Хлорофилл вызывает незначительный сенсибилизованный фотоэффект (меньше 1 %) у дырочных полупроводников Agi и ТП, хотя различные цианины (фотографические сенсибпзато-ры) дают, напротив, значительный сенсибилизованный фотоэффект [1]. [c.227]

Другим весьма чувствительным фотоэлектрическим методом — методом конденсатора — Пуцейко был показан тот принципиально важный факт, что молекула органического красителя, поглощая малые кванты видимого света, способна вызвать в несущем ее кристаллическом полупроводнике переносы электронов, требующие без красителя-сенсибилизатора подведения заведомо больших ультрафиолетовых квантов [30]. Особенно интересны результаты 1952 г., показавшие, что и хлорофилл может работать аналогичным образом, вызывая специфическую сенсибилизацию фотоэлектрической чувствительности окиси цинка на красном участке спектра с эффективностью, достигающей 50% величины собственного фотоэффекта ЕпО, вызываемого только ультрафиолетовым светом [31]. [c.387]

Опытами, проведенными Ермолаевым [15, 16], была однозначно экспериментально показана возможность достаточно эффективного переноса энергии не между возбуждениями, а между метастабильными бирадикальпыми уровнями соседних органических молекул. Можно предположить, что в конденсированной системе близкорасположенных молекул хлорофилла энергия возбуждения может мигрировать и распространяться не только по уровням Хл, но также и по метастабильным уровням Хл соседних молекул. В неорганических полупроводниках мигрирующий квант энергии называют экситоном. Мы предполагаем, что экситон может распространяться между органическими молекулами, переводя их из метастабильного состояния в мета- [c.426]

Весьма важно, что если хлорофилл адсорбируется в агрегированной форме из его коллоидного раствора, го спектр действия воспроизводит спектр поглощения коллоидной частицы. Это означает, что квант энергии возбуждения, поглощенный какой-либо из молекул в агрегате, доходит до носителя коллоидной частицы — полупроводника—без деградации. Для фталоцианина магния, адсорбированного из концентрированного ацетонового раствора, как было показано ранее Пуцейко и автором [21 ], эффект переноса энергии от агрегата молекулы полупроводнику еще более значителен. А именно, если увлажнить адсорбат, то появляется интенсивный максимум поглощения и фотоэффекта у 800 нд1, образующийся за счет понижения максимума 680 нм мономерной формы пигмента. Этот максимум обязан агрегатам или ассоциатам молекул адсорбированного пигмента с участием молекул воды. Он наблюдается и в концентрированном ацетоновом растворе фталоцианина магния при его незначительном увлажнении. [c.428]

Все же очевидно, что за возникновение фотоиндуцированного сигнала ЭПР ответствен агрегированный хлорофилл. Действительно, в последнее время показано, что средняя концентрация молекул пигментов в фотосинтезирующих системах так велика [32, 33], что можно рассматривать происходящие в них первичные процессы с точки зрения теории твердых полупроводников. [c.442]

Гипотезы о специфических зонах проводимости в биоструктурах. Идея о существовании специфических цепей передачи энергии в биоструктурах, о которых упоминалось в работе [75], не нова. По-видимому, одними из первых высказали мысль о миграции электронов в комплексах хлорофилла и генах по специфическим зонам Мёглих и Шён [95]. Эта идея была поддержана Р. Иорданом [69], однако, наиболее четкое выражение она получила у А. Сцент-Дьердьи [127]. В то время только ставился вопрос о рассмотрении биологических структур в качестве твердых тел и о применимости к ним подходов, развитых в физике твердого тела, в частности, зонной теории полупроводников. Согласно Сцент-Дьердьи, многие явления, известные в биологии, можно объяснить с позиции зон проводимости. В частности, предположение об общих энергетических уровнях дает простой ответ на вопрос, как энергия распада АТР может быть сообщена большому числу молекул, участвующих в мышечном сокращении. Другой вопрос, как белки окисления взаимодействуют друг с другом, станет понятным, если мы предположим, что один фермент связан с другим различными энергетическими уровнями, и электрон двигается не прямо от одного вещества к другому, а внутри соответствующей энергетической зоны и может переходить на более низкий энергетический уровень и отдавать энергию только там, где она требуется, чтобы совершить работу . Эта выдержка из статьи [127] показывает привлекательность представлений о зонах проводимости для объяснения биологических явлений. [c.49]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология