최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
NTIS 바로가기세라미스트 = Ceramist, v.21 no.3, 2018년, pp.233 - 248
김용재 (연세대학교 기계공학과) , 홍현욱 (연세대학교 기계공학과) , 신혜인 (연세대학교 기계공학과) , 윤재형 (연세대학교 기계공학과) , 류원형 (연세대학교 기계공학과)
Photosynthesis of plant, algae, and certain types of bacteria can convert solar energy to electrons at high efficiency. There have been many research investigations to utilize this mechanism to develop photosynthetic bio-solar energy systems. In this article, the fundamentals of photosynthetic energ...
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
---|---|---|
태양광 에너지를 광합성 반응 센터에서 100%에 가까운 효율로 전달하는 방법은 무엇인가? | 식물세포 또는 식물 조류세포에서 일어나는 광합성 과정은 잎 또는 식물세포로 입사된 태양광 에너지를 광합성 반응 센터(reaction center)에 100%에 가까운 효율로 전달한다. 이러한 전달 메커니즘은 광 수확 복합체(light harvesting complex) 내의 엽록소 피그먼트(chlorophyll pigments) 간의 상호작용을 통해 일어나며, 이런 일련의 작용들을 통해 식물세포는 태양광 에너지를 매우 높은 효율로 광합성 전자로 변환시켜 이를 세포의 생장에 이용하 거나 탄수화물의 형태로 저장하게 된다. | |
광합성이란? | 식물세포의 광합성을 이용한 태양광 에너지 변환 시스템의 기본적인 작동 원리를 이해하려면, 우선 광합성 현상에 대한 이해가 선행되어야 한다. 광합성이란 일반적인 식물이 스스로 양분을 생성하는 과정으로 식물세포 안에 있는 엽록체(chloroplast), 엽록체 내부에 있는 틸라코이드 막(thylakoid membrane)에 존재하는 광계(photosystem)에서 일어난다. 각 광계에 있는 반응 센터가 태양광 에너지를 흡수하면 물을 분해하여 산소, 양성자 (proton) 그리고 전자(electron)를 생성한다. | |
식물세포에 광합성으로 생성된 산소와 양성자의 이동경로는? | 각 광계에 있는 반응 센터가 태양광 에너지를 흡수하면 물을 분해하여 산소, 양성자 (proton) 그리고 전자(electron)를 생성한다. 생성된 산소와 양성자는 틸라코이드 내부인 루멘(lumen)에 축적되었다가 별도의 이온 및 가스 교환채널(ion/gas exchange channel)을 통해 외부로 배출되고, 전자는 틸라코이드 막에 존재하는 여러 전자 전달체들을 통해 이산화 탄소를 탄수화물로 치환하는 암반응(dark reaction), 즉 캘빈 사이클(calvin cycle)에 사용된다. |
K. Rao, D. Hall, N. Vlachopoulos, M. Gratzel, M. Evans, M. Seibert, "Photoelectrochemical responses of photosystem II particles immobilized on dyederivatized $TiO_2$ films", J Photochem Photobiol B: Biol, 5 [3-4] 379-389 (1990).
P. Cai, X. Feng, J. Fei, G. Li, J. Li, J. Huang, J. Li, "Co-assembly of photosystem II/reduced graphene oxide multilayered biohybrid films for enhanced photocurrent", Nanoscale, 7 [25] 10908-10911 (2015).
A. Efrati, R. Tel-Vered, D. Michaeli, R. Nechushtai, I. Willner, "Cytochrome c-coupled photosystem I and photosystem II (PSI/PSII) photo-bioelectrochemical cells", Energy Environ Sci, 6 [10] 2950-2956 (2013).
W. Wang, Z. Wang, Q. Zhu, G. Han, C. Ding, J. Chen, J.-R. Shen, C. Li, "Direct electron transfer from photosystem II to hematite in a hybrid photoelectrochemical cell", Chem Commun, 51 [95] 16952-16955 (2015).
Y. Zhang, N. M. Magdaong, M. Shen, H. A. Frank, J. F. Rusling, "Efficient photoelectrochemical energy conversion using spinach photosystem II (PSII) in lipid multilayer films", ChemistryOpen, 4 [2] 111-114 (2015).
M. Kondo, M. Amano, T. Joke, S. Ishigure, T. Noji, T. Dewa, Y. Amao, M. Nango, "Immobilization of photosystem I or II complexes on electrodes for preparation of photoenergy-conversion devices", Res Chem Intermed, 40 [9] 3287-3293 (2014).
O. Yehezkeli, R. Tel-Vered, J. Wasserman, A. Trifonov, D. Michaeli, R. Nechushtai, I. Willner, "Integrated photosystem II-based photobioelectrochemical cells", Nat Commun, 3 DIO1741 (2012).
G. Li, X. Feng, J. Fei, P. Cai, J. Li, J. Huang, J. Li, "Interfacial Assembly of Photosystem II with Conducting Polymer Films toward Enhanced Photo Bioelectrochemical Cells", Advanced Materials Interfaces, 4 [1] 1600619 (2017).
K. Brinkert, F. Le Formal, X. Li, J. Durrant, A. W. Rutherford, A. Fantuzzi, "Photocurrents from photosystem II in a metal oxide hybrid system: Electron transfer pathways", Biochim Biophys Acta, 1857 [9] 1497-1505 (2016).
I. Lee, J. W. Lee, E. Greenbaum, "Biomolecular electronics: vectorial arrays of photosynthetic reaction centers", PhRvL, 79 [17] 3294 (1997).
R. Das, P. J. Kiley, M. Segal, J. Norville, A. A. Yu, L. Wang, S. A. Trammell, L. E. Reddick, R. Kumar, F. Stellacci, "Integration of photosynthetic protein molecular complexes in solid-state electronic devices", Nano Lett, 4 [6] 1079-1083 (2004).
C. J. Faulkner, S. Lees, P. N. Ciesielski, D. E. Cliffel, G. K. Jennings, "Rapid assembly of photosystem I monolayers on gold electrodes", Langmuir, 24 [16] 8409-8412 (2008).
L. Frolov, O. Wilner, C. Carmeli, I. Carmeli, "Fabrication of Oriented Multilayers of Photosystem I Proteins on Solid Surfaces by Auto Metallization", Adv Mater, 20 [2] 263-266 (2008).
P. N. Ciesielski, C. J. Faulkner, M. T. Irwin, J. M. Gregory, N. H. Tolk, D. E. Cliffel, G. K. Jennings, "Enhanced photocurrent production by photosystem I multilayer assemblies", Adv Funct Mater, 20 [23] 4048-4054 (2010).
V. B. Shah, W. R. Henson, T. S. Chadha, G. Lakin, H. Liu, R. E. Blankenship, P. Biswas, "Linker-free deposition and adhesion of photosystem I onto nanostructured $TiO_2$ for biohybrid photoelectrochemical cells", Langmuir, 31 [5] 1675-1682 (2015).
K. Stieger, S. Feifel, H. Lokstein, M. Hejazi, A. Zouni, F. Lisdat, "Biohybrid architectures for efficient lightto-current conversion based on photosystem I within scalable 3D mesoporous electrodes", J Mater Chem A, 4 [43] 17009-17017 (2016).
G. LeBlanc, G. Chen, E. A. Gizzie, G. K. Jennings, D. E. Cliffel, "Enhanced photocurrents of photosystem I films on p doped silicon", Adv Mater, 24 [44] 5959-5962 (2012).
A. Mershin, K. Matsumoto, L. Kaiser, D. Yu, M. Vaughn, M. K. Nazeeruddin, B. D. Bruce, M. Graetzel, S. Zhang, "Self-assembled photosystem-I biophotovoltaics on nanostructured $TiO_2$ and ZnO", Sci Rep, 2 srep00234 (2012).
G. LeBlanc, K. M. Winter, W. B. Crosby, G. K. Jennings, D. E. Cliffel, "Integration of photosystem I with graphene oxide for photocurrent enhancement", Advanced Energy Materials, 4 [9] 1301953 (2014).
E. A. Gizzie, J. S. Niezgoda, M. T. Robinson, A. G. Harris, G. K. Jennings, S. J. Rosenthal, D. E. Cliffel, "Photosystem I-polyaniline/ $TiO_2$ solid-state solar cells: simple devices for biohybrid solar energy conversion", Energy Environ Sci, 8 [12] 3572-3576 (2015).
R. Pamu, V. P. Sandireddy, R. Kalyanaraman, B. Khomami, D. Mukherjee, "Plasmon-Enhanced Photocurrent from Photosystem I Assembled on Ag Nanopyramids", J Phys Chem Lett, 9 [5] 970-977 (2018).
Z. Zeng, T. Mabe, W. Zhang, B. Bagra, Z. Ji, Z. Yin, K. Allado, J. Wei, "Plasmon-exciton Coupling in Photosystem I Based Biohybrid Photoelectrochemical Cells", ACS Applied Bio Materials, (2018).
G. Zucchelli, F. M. Garlaschi, R. C. Jennings, "Spectroscopic analysis of chlorophyll photobleaching in spinach thylakoids, grana and light-harvesting chlorophyll a/b protein complex", J Photochem Photobiol B: Biol, 2 [4] 483-490 (1988).
M. Rasmussen, S. D. Minteer, "Investigating the mechanism of thylakoid direct electron transfer for photocurrent generation", Electrochim Acta, 126 68-73 (2014).
M. Rasmussen, S. D. Minteer, "Thylakoid direct photobioelectrocatalysis: utilizing stroma thylakoids to improve bio-solar cell performance", PCCP, 16 [32] 17327-17331 (2014).
J. Lee, J. Im, S. Kim, "Mediatorless solar energy conversion by covalently bonded thylakoid monolayer on the glassy carbon electrode", Bioelectrochemistry, 108 21-27 (2016).
D. Pankratov, G. Pankratova, T. P. Dyachkova, P. Falkman, H.-E. Akerlund, M. D. Toscano, Q. Chi, L. Gorton, "Supercapacitive Biosolar Cell Driven by Direct Electron Transfer between Photosynthetic Membranes and CNT Networks with Enhanced Performance", ACS Energy Letters, 2 [11] 2635-2639 (2017).
H. Kanso, G. Pankratova, P. Bollella, D. Leech, D. Hernandez, L. Gorton, "Sunlight photocurrent generation from thylakoid membranes on gold nanoparticle modified screen-printed electrodes", J Electroanal Chem, 816 259-264 (2018).
K. Hasan, Y. Dilgin, S. C. Emek, M. Tavahodi, H. E. Akerlund, P. A. Albertsson, L. Gorton, "Photoelectrochemical communication between thylakoid membranes and gold electrodes through different quinone derivatives", ChemElectroChem, 1 [1] 131-139 (2014).
P. Cai, G. Li, Y. Yang, X. Su, Z. Zhang, "Co-assembly of thylakoid and graphene oxide as a photoelectrochemical composite film for enhanced mediated electron transfer", Colloids Surf Physicochem Eng Aspects, (2018).
W. Ryu, S.-J. Bai, J. S. Park, Z. Huang, J. Moseley, T. Fabian, R. J. Fasching, A. R. Grossman, F. B. Prinz, "Direct extraction of photosynthetic electrons from single algal cells by nanoprobing system", Nano Lett, 10 [4] 1137-1143 (2010).
H. Hong, Y. J. Kim, M. Han, G. Yoo, H. W. Song, Y. Chae, J.-C. Pyun, A. R. Grossman, W. Ryu, "Prolonged and highly efficient intracellular extraction of photosynthetic electrons from single algal cells by optimized nanoelectrode insertion", Nano Res, 11 [1] 397-409 (2018).
L. H. Kim, Y. J. Kim, H. Hong, D. Yang, M. Han, G. Yoo, H. W. Song, Y. Chae, J.-C. Pyun, A. R. Grossman, W. Ryu, "Patterned Nanowire Electrode Array for Direct Extraction of Photosynthetic Electrons from Multiple Living Algal Cells", Adv Funct Mater, 26 [42] 7679-7689 (2016).
Y. H. Seo, L. H. Kim, F. B. Prinz, W. Ryu, "Digitallypatterned nanoprobe arrays for single cell insertion enabled by wet tapping", RSC adv, 4 16655-166661 (2014).
Y. J. Kim, J. Yun, S. I. Kim, H. Hong, J.-H. Park, J.-C. Pyun, W. Ryu, "Scalable long-term extraction of photosynthetic electrons by simple sandwiching of nanoelectrode array with densely-packed algal cell film", Biosens Bioelectron, 117 15-22 (2018).
F.-L. Ng, S.-M. Phang, V. Periasamy, K. Yunus, A. C. Fisher, "Evaluation of algal biofilms on indium tin oxide (ITO) for use in biophotovoltaic platforms based on photosynthetic performance", PloS one, 9 [5] e97643 (2014).
*원문 PDF 파일 및 링크정보가 존재하지 않을 경우 KISTI DDS 시스템에서 제공하는 원문복사서비스를 사용할 수 있습니다.
오픈액세스 학술지에 출판된 논문
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.