[發明專利]一種研究光誘導電子轉移的方法

無效

• 申請號: 201210108278.1
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102621353A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 盧小泉;胡婭琪;王文婷;何紅霞;艾瑞霞;周喜斌
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: G01Q60/60
• 分類號: G01Q60/60
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 宋敏

技術領域

本發明涉及一種模擬自然界的光合作用，再用掃描電化學顯微鏡研究光誘導電子轉移的方法。

背景技術

生命現象最基本的過程是電荷運動，無論是能量轉換，還是神經傳導；無論是光合作用還是呼吸過程；甚至是生命的起源、大腦的思維、基因的傳遞，都與電子傳遞密切有關，生物大分子的氧化還原過程對于生命體的能量轉換和物質代謝具有決定性作用，電化學是生命科學中最基礎的學科之一。借助生物分子之間和生物分子內部進行的特征電子傳遞來研究生物反應，目的是為了闡明生物體系的物質代謝和能量轉換過程，了解生命系統和生理功能的機制。因此，有關生物體系的電子傳遞機制的研究，對于揭示生命過程本質有重要意義。電子在固/液、液/液界面上的轉移過程是最基本的物理化學行為，普遍存在于自然界的各個領域之中，涉及化學、物理、生命科學、材料科學及微電子學等多學科，其研究具有重要的理論意義及廣泛的應用前景。由于卟啉類化合物具有獨特的電子結構和光電性能，并且具有良好的光和熱穩定性以及易于裁剪修飾等特點，所以在高科技材料領域具有很大的應用潛力。例如，在非線性光學材料方面，卟啉可以用于光限幅、激光調制、光雙穩、相位共軛以及光開光材料等。在其它方面如液晶材料、磁性材料、發光材料以及存儲材料等領域廣泛的應用前景也激起了研究者的深厚興趣。近年來，卟啉廣泛地被用于一些光電分離，光電傳感及模擬光合系統II中電子轉移等研究。

掃描電化學顯微鏡（SECM）是基于70年代未超微電極（UME）及80年代初掃描隧道顯微鏡（STM）的發展而產生出來的一種分辨率介于普通光學顯微鏡與STM之間的電化學現場檢測新技術。由于其具有化學靈敏性，因而不但可以研究探頭與基底上的異相反應動力學及溶液中的均相反應動力學，分辨電極表面微區的電化學不均勻性，給出導體和絕緣體表面的形貌，而且還可以對材料進行微加工，研究許多重要的生物過程等。

發明內容

本發明目的是解決現有技術缺乏研究生物系統內光電子轉移反應的有效方法，提供一種通過模擬光合作用中電子轉移的過程，用SECM來研究光誘導電子轉移的方法。

本發明實現上述目的所采用如下技術方案

一種研究光誘導電子轉移的方法，該方法步驟如下：

（1）依次將鋅卟啉配合物和Nafion溶液旋涂在導電玻璃表面上；

（2）在苯醌水溶液中，將作為工作電極的掃描電化學顯微鏡的探針與參比電極和對電極構建三電極體系，以步驟（1）得的導電玻璃作為基底電極；

（3）在掃描電化學顯微鏡中，在工作電極和基底電極之間施加足以使苯醌還原為氫醌的電極電勢差，在基底電極分別處于光照和無光照條件下，調節工作電極到基底電極的距離，檢測電流的變化，得到電流隨距離變化的反饋曲線；

（4）在掃描電化學顯微鏡中，以基底電極為零電位點，向工作電極施加負電位，檢測基底電極分別處于光照和無光照條件下，電流隨時間變化的響應曲線。

進一步，步驟（4）向工作電極施加的電位為-0.2V～-0.5V。

進一步，鋅卟啉配合物是在N,N-二甲基甲酰胺溶劑中和氮氣保護下，將四苯基卟啉與乙酸鋅于80～100℃加熱回流反應，產物用氯仿萃取，再經純化得到的。

有益效果：本發明通過設計SECM界面模型模擬光合作用，研究了異相（固/液）光誘導電子轉移過程，這種方法對于研究光合系統II中光電子傳遞反應有較為重大的意義。同時，也研究了光誘導反應在理論上發生的可能性，結合實驗結果表明在光誘導情況下，修飾有鋅卟啉的ITO導電玻璃可以與水相中的探針分子HQ發生電子傳遞反應，并且在距離與電流的反饋模式下，得到典型的正反饋曲線，說明在光照情況下發生了異相的光誘導電子轉移反應。在光開啟/關閉模式下，光電流呈比較穩定變化的狀態，說明鋅卟啉配合物具有優異的光捕獲性能，可將捕獲可見光，并轉換為穩定的電能，因此鋅卟啉配合物可用于染料敏化太陽能電池和一些光電器件的構建。上述實驗說明了本發明方法可用于界面光誘導電子轉移的研究，此法在研究光電子傳遞有重大的意義，為模擬生物系統內光電子轉移反應構建了平臺。?

附圖說明

圖1是光誘導電子轉移示意圖，左圖為自然界光合作用中光電子傳遞過程，右圖為本發明SECM模式下光誘導電子轉移過程。

圖2?是本發明SECM模式下的電極裝置示意圖。

圖3?為操作儀SECM的示意見圖。

圖4?鋅卟啉的紫外吸收光譜圖（A）和穩態熒光光譜圖（B）。

圖5?本發明SECM探針在1mmol/L苯醌水溶液中的穩態循環伏安圖。