Projektbeschreibung
Übertragungsweg von Licht zur Ladung in der Photosynthese abbilden
Das Pflanzenleben wird durch eine hocheffiziente Photosynthese gestützt, doch die genauen Mechanismen, die dahinter stecken, stellen noch immer ein Rätsel dar. Das EU-finanzierte Projekt FastTrack zielt darauf ab, besser nachzuvollziehen, wie die Natur diese Sonnenenergie umwandelt und transportiert. Die Forschenden werden untersuchen, wie Energie auf der Nanoskala transportiert wird, indem sie hochauflösende optische Mikroskopie einsetzen, um den Membrantransport zu verfolgen und die Lichtstreuung zu bemessen. Sie werden außerdem die Geschwindigkeit und Effizienz der Ladungstrennung in den Reaktionszentren der Photosynthese mithilfe von ultraschnellem photothermoelektrischem Graphen und photoelektrochemischer Detektion quantifizieren. Schließlich wird das Projekt spektroskopische und funktionelle Bildgebung einsetzen, um zu veranschaulichen, wie Membranen reagieren, insbesondere Veränderungen der Packungsdichte, der Ordnung, der Lichtstreuung und der Ladungstrennungspfade. Ziel ist die Entwicklung einer künstlichen Photosynthese für die Nutzung der Sonnenenergie.
Ziel
The conversion of sunlight photons to electrons is the essence of the natural photosynthesis that powers life. Dedicated antennas funnel the suns energy towards reaction centres. Amazingly, nature reaches almost perfect photon-to-electron conversion efficiency, while it regulates down at high light level for protection and survival.
How does nature dynamically re-organize the membrane architecture, its packing, order, diffusion, on light stress? Which pathways are taken to charge separation? What is the role of fluctuations, coherences, color and vibrations?
My group recently succeeded in first detection of the fs spectral progression of a single exciton, the nanoscale tracking of electron transport and reveal energy disorder of a single photosynthetic complex. These pioneering results, together with our expertise in fs pulse control and nanoimaging, set the grounds to now address photosynthetic light-to-charge transfer in real nanospace and ultrafast. Specific objectives are:
Energy transport on the nanoscale: tracking spatiotemporal membrane transport by super-resolved transient optical microscopy and nanophotonic light localization: to reveal disorder and quantify diffusion.
Light to charge: photo-current detection of the energy flow: by ultrafast photo-thermoelectric graphene and photo-electrochemical detection I will probe charge separation of the reaction center directly, quantify rate and efficiency.
Multidimensional spectra on the nanoscale: by collinear 2D spectroscopic imaging with photocurrent and fluorescence detection, I will map the development of the energy landscape, at special membrane spots, ultimately on a single complex.
Functional imaging: visualize the dynamic light-response of the membrane architecture, the changes in packing density, (dis)order, diffusion and pathways to charge separation.
The novel tool-set of FastTrack and the insights on natures energy strategies are directly relevant for artificial photosynthesis and solar technology.
Schlüsselbegriffe
- Photosynthetic complex
- Energy transfer efficiency
- Transient microscopy
- Light-harvesting membrane
- Membrane transport
- Nanoscale imaging
- Reaction center
- Exciton diffusion
- Multi-dimensional spectroscopy
- Electrochemistry
- Graphene photo-detection
- Antenna complex
- Charge separation
- Photocurrent
- photoprotection
- Single molecule detection
- (Dis)order
- Ultrafast spectroscopy
- Exciton delocalization
- Light diffusion
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
(öffnet in neuem Fenster) ERC-2021-ADG
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