[发明专利]基于硅壳-藻红蛋白的新型材料在光阳极中的应用

说明书

本发明公开了一种基于硅壳‑藻红蛋白的新型材料在光阳极中的应用，该材料应用到太阳能电池或者光学传感器中，提高其光能转化率，并且该材料具有成本低，制作工艺简单，无毒，对环境友好等优点。

技术领域

本发明属于新材料的应用技术领域，具体涉及基于硅壳-藻红蛋白的新型材料在光阳极中的应用。

背景技术

太阳能是最丰富的可持续性能源资源，每年地球表面从太阳约获得4×10²⁴J的太阳能。自然界的光合作用是进化超过3.5亿年的高效太阳能应用。生物过程是规模最大的光子能量转换成吉布斯自由能的过程。硅藻是属于硅藻门的一类单细胞光合藻类，它能制造水合无定形二氧化硅的骨架，称硅壳。硅壳微纳尺度的周期性结构本身具有纳米材料的特征，具有精妙的光相互作用特性，硅藻利用这些特性来增强光合作用；硅壳滤除有害的紫外线辐射和蓝光，能够减少对光合装置造成氧化胁迫；硅壳也可以像透镜一样将光聚焦到细胞质内的某些焦平面上，硅壳的这些独特光学特性被用来增强捕光装置中物质-光子的相互作用。硅壳结构是种属特异性的从母细胞传给后代的，在合适的培养液中硅藻生长随着时间呈指数增长，因此，具有层次结构的硅壳的制造具有高度的可扩展性，并且适于工业规模的生产。

藻胆蛋白主要存在于蓝藻、红藻、隐藻和少数一些甲藻中，由脱辅基蛋白和藻胆素通过一个或两个硫醚键共价连接而成的，其主要功能是作为光合作用的捕光色素复合体。藻红蛋白是分布较广的藻胆蛋白。这些含有红色的藻红胆素的藻胆蛋白能够吸收从500nm到600nm范围内的可见光，并在535nm～615nm范围密集发射出红色荧光。

发明人在公开号为CN110292635A的中国发明专利中公开了一种基于天然硅藻外壳和藻胆蛋白的新型材料及其应用，该发明仅仅在公开了该新型材料作为光疗治疗肿瘤用光敏剂中的应用，关于其在光学转化电极中的应用没有研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于硅壳-藻红蛋白的新型材料在光学转化电极中的应用。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

本发明首先通过除去培养的硅藻藻体外壳中所含有机质，再利用APTES(3-氨丙基三甲氧基硅烷)使硅壳烷基化，然后将烷基化硅壳通过BS3(磺基琥珀酰亚氨基辛二酸酯)与藻红蛋白进行反应，形成共价连接，达到在硅藻外壳固定藻红蛋白的目的，而后采用氮气吹干或者真空冷冻干燥，依赖静电力吸附和氢键相互作用在电极表面形成定向或非定向的单层或多层吸附；吸附完成的金属电极使之在光照条件下可以直接完成太阳能到电能的转化。具体地，方案如下：

首先制造基于硅壳-藻红蛋白新型材料，具体的制备方法为：

(1)收集硅藻藻体，去除硅藻藻体的有机质获得纯净硅壳；

(2)处理硅壳使其烷基化，得到烷基化硅壳；

(3)配制藻红蛋白溶液：将提取的藻红蛋白溶解于pH值为6.0的PBS缓冲液(氯化钠，8g/L；氯化钾，0.2g/L；磷酸氢二钠，1.44g/L；磷酸二氢钾，0.24g/L)中，得到浓度为0.05～0.4mg/ml的藻红蛋白溶液；

(4)将所述烷基化硅壳放入上述PBS缓冲液中，4℃条件下，用1～5mL 1.6mmol/L的磺基琥珀酰亚氨基辛二酸酯处理5～7h，上述PBS缓冲液清洗两遍，7000～15000rpm离心30～40min，弃上清，得沉淀；

(5)经过步骤(4)处理的烷基化硅壳与过量藻红蛋白溶液混合均匀，在4℃下处理一夜；然后在4℃下，再使用PBS缓冲液清洗两遍，7000～15000rpm离心30～40min，弃上清，得到基于天然硅藻外壳和藻红蛋白共价组装的新型材料。