[发明专利]一种人工光合微反应器及制备方法

说明书

本发明提出一种人工光合微反应器及制备方法，属于太阳能转化和利用技术领域，所制备的人工光合微反应器具有优异的可见光响应和光化学转化性质，能够实现NADH的高效转化。所述制备方法包括：1)配制卟啉母液，2)配制短肽自组装溶液，3)在短肽自组装溶液中加入卟啉母液，得到短肽‑卟啉聚集体，4)将短肽‑卟啉聚集体用于原位还原铂纳米粒子，得到短肽‑卟啉‑铂杂化体，5)进一步封装于海藻酸盐凝胶中，得到人工光合微反应器。本发明用以制备具有优异光化学转化活性和光稳定性的人工光合微反应器。

技术领域

本发明涉及太阳能转化和利用领域，特别涉及一种具有光吸收和光电转化、光化学转化功能的人工光合微反应器及制备方法。

背景技术

传统石化能源的过度使用带来了严重的能源和环境问题，开发环境友好的、可持续发展的新能源将为国民经济的发展提供新的动力。太阳能储量大、地域限制小，在新能源中占有重要地位，光热转化、光电转化、光化学转化成为光能利用的主要形式(参见Shikanai,T.等，《生物技术前沿评论》，2014,26,25-30)。其中，光化学转化由于能够将光能转化为便于储存和运输的化学能而受到人们的青睐。自然界中的一些生物体，例如绿色植物和一些藻类是光能向化学能转化的典范，在常温、常压下，它们通过光合作用将太阳能转化为可以储存的化学能，吸收二氧化碳的同时放出氧气，对于维持地球表面的碳-氧平衡发挥着重要作用(参见Lewis,N.S.等《太阳能利用的基本情况调查》，美国能源部科学室，华盛顿，2005)。因此，师法自然，通过仿生的方法构建捕光材料或器件，在温和条件下实现太阳能向化学能的转化，无论是对于解决能源危机还是环境问题，均具有重要意义。

在植物的光合作用中，辅酶还原态烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)无论是在三磷酸腺苷(ATP)生成以及随后的二氧化碳固定反应中至关重要，NADH的持续供应是光合作用能否顺利进行的关键(Kuk S.K.等，《德国应用化学》，2017,56,3827-3832)。因此，本发明模拟自然界中光合体系的结构和组成，以卟啉作为捕光单元，两亲性短肽自组装体为卟啉聚集结构调控模板，贵金属铂作为催化反应中心，构建了短肽-卟啉-铂杂化体，并进一步将杂化体封装于半透性的海藻酸盐凝胶微球中，选择性地允许小分子反应物进出，在可见光下可以实现NADH的循环再生，将光能以还原势能(化学能的一种)的形式储存于NADH中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种人工光合微反应器及制备方法，依据该方法制备的人工光合微反应器具有良好的可见光响应性，能够实现光照下NADH的循环再生。

本发明提供了一种人工光合微反应器及制备方法，其特征在于，包扩如下步骤：

1)将一定量的卟啉溶解于水中，涡旋使其分散，配制成卟啉母液；

2)将一定量的两亲性短肽分子溶于水中，调节至合适pH值，超声使其分散，置于室温静置使其组装，形成短肽组装溶液；

3)在短肽组装溶液中加入一定量的卟啉母液，涡旋使其分散，室温静置使其组装成短肽-卟啉聚集体；

4)将短肽-卟啉聚集体溶液与铂盐溶液、还原剂混合，可见光照射20-60分钟，生成短肽-卟啉-铂杂化体；

5)在短肽-卟啉-铂杂化体溶液中，加入一定量的海藻酸钠，混匀后滴加到一定浓度的多价盐离子溶液中，得到人工光合微反应器。

可选的，卟啉为5,10,15,20-四(4-氨基苯)-21H,23H-卟啉、中-四(4-羧基苯基)卟吩、中-四(4-磺酸基苯基)卟吩中的一种。

可选的，两亲性短肽由疏水氨基酸残基和亲水氨基酸残基组成，疏水氨基酸残基为苯丙氨酸、环己基丙氨酸中的至少一种，亲水氨基酸为赖氨酸、精氨酸、组氨酸中的至少一种，C端酰胺化N端乙酰化或采用Fmoc封端。

优选的，短肽-卟啉聚集体溶液中，卟啉的浓度为10-200μM。