Computationele studies van lichtoogstcomplexen
Lichtoogst in hogere planten is een complex multidimensionaal probleem. De oplossing ervan ligt in bijdragen vanuit verschillende onderzoeksgebieden, waaronder experimenten en theoretische modellering. Een diepere kennis van deze processen kan aanwijzingen geven om de effecten van kunstmatige modificaties van de bindingszak op het totale absorptiespectrum van het complex te helpen begrijpen. Kennis van dergelijke energieoverdrachtsroutes is over te brengen een ontwerp voor kunstmatige lichtoogstverbindingen, met als resultaat een efficiënte oogst van zonlicht in zonnecellen.
De ingewikkelde relatie tussen de structuur en de spectrale eigenschappen van licht oogsten complexen ligt aan de basis van hun gediversifieerde functionaliteit en is in het verleden vele malen aan het licht gebracht, zowel experimenteel als theoretisch. Een breder begrip van de wisselwerking tussen de verschillende processen van energieoverdracht in dergelijke complexen is van cruciaal belang bij het ophelderen van dergelijke verbanden.
Voor zijn onderzoek maakte Souloke Sen gebruik van theoretische modellering vanuit het perspectief van de kwantumchemie om dergelijke trajecten te verkennen en tegelijkertijd nieuwe theoretische benaderingen te ontwikkelen om hun wisselwerking beter op te helderen. Een betere kennis van deze processen kan aanwijzingen opleveren om ons te helpen de effecten van kunstmatige modificaties van de bindingszak op het totale absorptiespectrum van het complex te begrijpen. Bovendien kan de kennis van deze energieoverdrachtswegen worden overgedragen naar het rationele ontwerp van kunstmatige lichtoogstende verbindingen die resulteren in efficiënte lichtoogst in zonnecellen.
Een grondig begrip van de energieoverdrachtskanalen in lichtoogstcomplexen kan in wezen mogelijkheden openen voor het ontwerpen van kunstmatige lichtoogstcomplexen. Zij kunnen ook worden gebruikt om het absorptiespectrum van dergelijke complexen kunstmatig te verfijnen. Moleculaire dynamicasimulatie in combinatie met de juiste kwantumchemische methodologie is essentieel om theoretische kennis te verkrijgen over het mechanisme van deze energieoverdrachtsprocessen.
Het onderzoek van Sen zal onderzoekers helpen bij het bestuderen van energieoverdrachtprocessen in licht oogstende complexen en de daaraan gerelateerde biofysica. In dit proefschrift is een directe toepassing van kwantumchemie bij het oplossen van biofysische problemen gepresenteerd en dit ondersteunt de experimentele bevindingen. Verdere ontwikkelingen op dit gebied kunnen spectroscopisten helpen hun waarnemingen op atomistisch niveau te begrijpen. Bovendien kan theoretische modellering de kennis van lichtoogst in zonnecellen bevorderen, wat nuttig kan zijn voor de industrie bij de ontwikkeling van efficiënte materialen voor zonnecellen.
Het werk in dit proefschrift is uitgevoerd met behulp van kwantumchemische berekeningen, met name Density Functional Theory. Software zoals de Amsterdam Modelling Suite ontwikkeld door SCM, gevestigd in VU Amsterdam, zijn uitgebreid gebruikt voor het berekenen van moleculaire eigenschappen en het uitvoeren van multi-level theoretische modellering van deze complexen. Voor het uitvoeren van Molecular Dynamics werd het programma GROMACS gebruikt. Het onderzoek is uitgevoerd in samenwerking met experimentalisten van de VU, wat een macroscopisch begrip opleverde van de verschillende biofysische processen die in dergelijke systemen werkzaam zijn.
Meer informatie over het proefschrift