[发明专利]基于植物类囊体结构的纳米吸光材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米吸光材料技术领域的制备方法，具体是一种基于植物类囊体结构的纳米吸光材料的制备方法。

背景技术

自然万物为适应生态环境而进化，形成具有各种结构的生物种类。其中在植物叶片中大量存在的叶绿体，是有机物转化为无机物的优良场所。叶绿体中的叶绿素a和b吸收太阳光并通过光合作用将光能转化为化学能。叶绿体的光吸收和能量转换性能在精细层状结构中进行，被称作类囊体，它是由数个类囊体基粒堆垛而成的层状结构。类囊体为光合作用提供了场所。它的结构使之在具有高的比表面积，增加了光吸收区域，因此可以提高光吸收效率。叶绿体的这种特征结构启发我们制备具有类似生物体结构的半导体无机物，以提高材料的吸光性能。

二氧化钛是一种重要的无机半导体功能材料，由于它拥有独特的催化、电学、光学以及光化学等方面的性能而引起人们广泛的关注，它被应用于光催化、化学传感器以及太阳能电池等领域。

作为传统硅基太阳能电池的最有前景的替代物，高性能染料敏化太阳能电池制备方法在深入研究中。提高二氧化钛阳极材料的光吸收性能对染料敏化太阳能电池至关重要。目前很多研究集中在优化二氧化钛的结构、晶粒尺寸、结晶度、掺杂、比表面积、表面修饰等工艺以提高其光吸收。研究表明，具有纳米尺度精细结构的锐钛矿型二氧化钛，可对光吸收产生重要作用。由自然生物结构长期进化而形成的各种多层次、多维度、多功能结构特点，对特殊形貌、结构材料的设计起到了直接的指导作用。以生物材料为模板，仿生构造具有生物结构，又有特殊的光、电、磁等功能的新型材料引起了人们极大的兴趣。

经过对现有技术的检索发现，1998年Greil P以木块为模板，将钛酸正丁酯的溶液渗透到木块的孔隙中，复制得到保持木块形貌的氧化钛材料(Biomorphic cellular silicon carbideceramics from wood：II.Mechanical properties，JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY，1998，18：1975.具有木块多孔结构的碳化硅陶瓷的机械性能，欧洲陶瓷协会期刊)；2004年Huang等人用溶胶凝胶的方法复制得到具有植物多级结构的TiO2材料(A facile route toa highly stabilized hierarchical hybrid of titania nanotube and gold nanoparticle.CHEMICAL COMMUNICATIONS，2004 8：1008.高稳定性生物多级钛纳米管和金纳米粒子复合的简便方法，化学通讯)。这些方法要求前躯体溶液具有好的流动性，以便渗透到生物体的大孔、小孔和微孔中，所以配制的溶液浓度比较低，复制材料所需时间一般要几天。相似的方法(渗透法、溶胶-凝胶法)不能应用于叶绿体的复制，这主要因为叶绿体的外膜阻止了前躯体溶液的渗入，从而不能得到具有类囊体结构的复制物。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于植物类囊体结构的纳米吸光材料及其制备方法，制备具有植物类囊体的纳米层状结构的钛矿二氧化钛，由于具有大的比表面积、特殊纳米层状结构以及高度结晶度，光吸收性能大大提高。本发明通过首次利用类囊体的结构与二氧化钛复合实现了对二氧化钛光吸收性能的有效改善，此法制作简单，周期短且易于重复。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步，选用新鲜植物叶片研磨后与提取液混合提纯，得到叶绿体；

第二步，配制前躯体溶液四氯化钛醇溶液；

第三步，将叶绿体置于提取液中进行超声处理，制成纳米混合液；

第四步，将纳米混合液离心后去除上层清液，将余下残留进行焙烧处理后，得到纳米吸光材料。

所述的提取液通过以下方式配置得到：配置提取液，称60g山梨醇、6.06g Tris、1gMgCl₂·6H₂O、0.6g NaCl、0.77g EDTA-Na₂、0.4g异抗坏血酸钠，加入1000ml蒸馏水，搅拌均匀后用HCl将pH调至7～8。

所述的提纯，是指：将研磨后的新鲜植物叶片以10～20g/L的比例倒入提取液中，经手工二次研磨1～2min后过滤，将滤液装入预冷过的离心管离心2～4min后倾去上层液，得到的沉淀即为叶绿体。

所述的新鲜植物叶片是指：置于0～4℃环境下预冷的菠菜叶片、油麦菜叶、梧桐树叶片或香樟树叶片中的一种。