[发明专利]一种光解产氧功能复合薄膜材料

说明书

本发明公开了一种具有光解产氧功能的复合薄膜材料，该复合薄膜材料是在基于FTO玻璃的二氧化钛薄层上修饰包埋叶绿素的脂质体。本发明利用内部限域法制备包埋叶绿素的脂质体，再与负载在FTO玻璃上的TiO₂薄层进行复合，从而制备得到具有光解产氧功能的复合薄膜材料。该材料利用TiO₂优异的光催化活性，增强叶绿素在可见光条件下释放氧气的性能。本发明所用原料对环境友好，成本低效用高，反应要求温和，且得到的复合薄膜材料光解产氧功能稳定，在空气净化领域有着潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于生物纳米材料技术领域，具体涉及一种光解产氧功能的复合薄膜材料。

背景技术

光合作用是自然界植物细胞的特有功能，包括光反应和暗反应两个阶段，对维持空气中的碳氧平衡意义重大。光合作用的光反应场所是类囊体膜，完成光能向化学能转化的光合色素和电子传递链等主要组分嵌于脂质双层上，因此我们模拟类囊体结构制备出人工脂双层。构成人工脂双层的磷脂分子由亲水的胆碱头基和疏水的脂肪尾链构成，基于这一特性在自组装过程中引入脂溶性物质并将其限域在脂质体内部，进而起到修饰脂质体的作用。叶绿素作为光合色素的主要成分在捕获光子和传递电子中起着至关重要的作用，其由一个大的镁的卟啉环和长碳链构成，吸收红蓝波段的光并完成电子传递过程。二氧化钛由于具有优异的光催化性能以及宽带隙、高活性等优点，在光伏材料和光催化材料等领域中得到广泛应用。例如WenjieZhao等人将叶绿素改性的介孔二氧化钛层以及两个额外叶绿素衍生物层用以制造基于叶绿素分子的三层级联生物太阳能电池，但实验工艺较为复杂且出发点侧重于改善光伏发电。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种操作简易、绿色环保、价廉易得，且可以将包埋叶绿素脂质体与二氧化钛复合的光解产氧功能复合薄膜材料。

解决上述技术问题所采用的复合薄膜材料是在基于FTO玻璃的二氧化钛薄层上修饰包埋叶绿素的脂质体，其由下述方法制备得到：

(1)制备包埋叶绿素的脂质体悬浮液

将磷脂、胆固醇溶于氯仿中，并加入叶绿素的饱和氯仿溶液，室温超声分散5～20分钟，然后在20～40℃下旋转蒸发除去氯仿，真空干燥24～36小时，用磷酸盐缓冲溶液水化，经脂质体挤出器处理后，室温搅拌反应10～12小时，离心洗涤至上清液澄清后，得到包埋叶绿素的脂质体悬浮液。其中，所述的磷脂、胆固醇、叶绿素的质量比为1:0.1～0.4:0.2～0.5，胆固醇与磷酸盐缓冲溶液的质量-体积比为1g:20～40mL。

(2)制备基于FTO玻璃的二氧化钛薄层

将四氯化钛均匀滴加到超纯水的冰水混合物中，再将清洗干净并干燥的FTO玻璃经紫外照射处理后迅速置于超纯水的冰水混合物中，在50～100℃下反应1～2小时，超纯水冲洗后吹干，得到基于FTO玻璃的二氧化钛薄层。

(3)制备光解产氧功能复合薄膜材料

将包埋叶绿素的脂质体悬浮液均匀滴在基于FTO玻璃的二氧化钛薄层表面，待水分挥发完全后，得到光解产氧功能复合薄膜材料。

上述步骤1中，所述的磷脂为蛋黄卵磷脂、大豆卵磷脂中任意一种，所述磷酸盐缓冲溶液为0.01mol/L pH值为7的磷酸盐缓冲溶液。

上述步骤1中，所述水化的温度为20～40℃、时间为5～10分钟。

上述步骤2中，优选所述超纯水的冰水混合物中四氯化钛的浓度为1～3mL/100mL。

上述步骤2中，所述FTO玻璃依次用乙醇、丙酮、乙醇超声清洗干净。

上述步骤2中，优选在60～80℃下反应1小时。

上述步骤3中，优选所述包埋叶绿素的脂质体悬浮液按每平方厘米FTO玻璃上滴加3～6mL均匀滴在基于FTO玻璃的二氧化钛薄层表面。