[發明專利]基于硅殼-藻紅蛋白的新型材料在光陽極中的應用

在審

• 申請號: 202010163951.6
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111477458A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 蒲洋;趙華偉;李冠霖;魏夢嬌;李文軍;秦松
• 申請（專利權）人: 魯東大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 北京惠智天成知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11681
• 代理人: 袁瑞紅

本發明公開了一種基于硅殼?藻紅蛋白的新型材料在光陽極中的應用，該材料應用到太陽能電池或者光學傳感器中，提高其光能轉化率，并且該材料具有成本低，制作工藝簡單，無毒，對環境友好等優點。

技術領域

本發明屬于新材料的應用技術領域，具體涉及基于硅殼-藻紅蛋白的新型材料在光陽極中的應用。

背景技術

太陽能是最豐富的可持續性能源資源，每年地球表面從太陽約獲得4×10²⁴J的太陽能。自然界的光合作用是進化超過3.5億年的高效太陽能應用。生物過程是規模最大的光子能量轉換成吉布斯自由能的過程。硅藻是屬于硅藻門的一類單細胞光合藻類，它能制造水合無定形二氧化硅的骨架，稱硅殼。硅殼微納尺度的周期性結構本身具有納米材料的特征，具有精妙的光相互作用特性，硅藻利用這些特性來增強光合作用；硅殼濾除有害的紫外線輻射和藍光，能夠減少對光合裝置造成氧化脅迫；硅殼也可以像透鏡一樣將光聚焦到細胞質內的某些焦平面上，硅殼的這些獨特光學特性被用來增強捕光裝置中物質-光子的相互作用。硅殼結構是種屬特異性的從母細胞傳給后代的，在合適的培養液中硅藻生長隨著時間呈指數增長，因此，具有層次結構的硅殼的制造具有高度的可擴展性，并且適于工業規模的生產。

藻膽蛋白主要存在于藍藻、紅藻、隱藻和少數一些甲藻中，由脫輔基蛋白和藻膽素通過一個或兩個硫醚鍵共價連接而成的，其主要功能是作為光合作用的捕光色素復合體。藻紅蛋白是分布較廣的藻膽蛋白。這些含有紅色的藻紅膽素的藻膽蛋白能夠吸收從500nm到600nm范圍內的可見光，并在535nm～615nm范圍密集發射出紅色熒光。

發明人在公開號為CN110292635A的中國發明專利中公開了一種基于天然硅藻外殼和藻膽蛋白的新型材料及其應用，該發明僅僅在公開了該新型材料作為光療治療腫瘤用光敏劑中的應用，關于其在光學轉化電極中的應用沒有研究。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于硅殼-藻紅蛋白的新型材料在光學轉化電極中的應用。

為實現上述目的，本發明采取如下技術方案：

本發明首先通過除去培養的硅藻藻體外殼中所含有機質，再利用APTES(3-氨丙基三甲氧基硅烷)使硅殼烷基化，然后將烷基化硅殼通過BS3(磺基琥珀酰亞氨基辛二酸酯)與藻紅蛋白進行反應，形成共價連接，達到在硅藻外殼固定藻紅蛋白的目的，而后采用氮氣吹干或者真空冷凍干燥，依賴靜電力吸附和氫鍵相互作用在電極表面形成定向或非定向的單層或多層吸附；吸附完成的金屬電極使之在光照條件下可以直接完成太陽能到電能的轉化。具體地，方案如下：

首先制造基于硅殼-藻紅蛋白新型材料，具體的制備方法為：

(1)收集硅藻藻體，去除硅藻藻體的有機質獲得純凈硅殼；

(2)處理硅殼使其烷基化，得到烷基化硅殼；

(3)配制藻紅蛋白溶液：將提取的藻紅蛋白溶解于pH值為6.0的PBS緩沖液(氯化鈉，8g/L；氯化鉀，0.2g/L；磷酸氫二鈉，1.44g/L；磷酸二氫鉀，0.24g/L)中，得到濃度為0.05～0.4mg/ml的藻紅蛋白溶液；

(4)將所述烷基化硅殼放入上述PBS緩沖液中，4℃條件下，用1～5mL 1.6mmol/L的磺基琥珀酰亞氨基辛二酸酯處理5～7h，上述PBS緩沖液清洗兩遍，7000～15000rpm離心30～40min，棄上清，得沉淀；

(5)經過步驟(4)處理的烷基化硅殼與過量藻紅蛋白溶液混合均勻，在4℃下處理一夜；然后在4℃下，再使用PBS緩沖液清洗兩遍，7000～15000rpm離心30～40min，棄上清，得到基于天然硅藻外殼和藻紅蛋白共價組裝的新型材料。