[发明专利]一种研究光诱导电子转移的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟自然界的光合作用，再用扫描电化学显微镜研究光诱导电子转移的方法。

背景技术

生命现象最基本的过程是电荷运动，无论是能量转换，还是神经传导；无论是光合作用还是呼吸过程；甚至是生命的起源、大脑的思维、基因的传递，都与电子传递密切有关，生物大分子的氧化还原过程对于生命体的能量转换和物质代谢具有决定性作用，电化学是生命科学中最基础的学科之一。借助生物分子之间和生物分子内部进行的特征电子传递来研究生物反应，目的是为了阐明生物体系的物质代谢和能量转换过程，了解生命系统和生理功能的机制。因此，有关生物体系的电子传递机制的研究，对于揭示生命过程本质有重要意义。电子在固/液、液/液界面上的转移过程是最基本的物理化学行为，普遍存在于自然界的各个领域之中，涉及化学、物理、生命科学、材料科学及微电子学等多学科，其研究具有重要的理论意义及广泛的应用前景。由于卟啉类化合物具有独特的电子结构和光电性能，并且具有良好的光和热稳定性以及易于裁剪修饰等特点，所以在高科技材料领域具有很大的应用潜力。例如，在非线性光学材料方面，卟啉可以用于光限幅、激光调制、光双稳、相位共轭以及光开光材料等。在其它方面如液晶材料、磁性材料、发光材料以及存储材料等领域广泛的应用前景也激起了研究者的深厚兴趣。近年来，卟啉广泛地被用于一些光电分离，光电传感及模拟光合系统II中电子转移等研究。

扫描电化学显微镜（SECM）是基于70年代未超微电极（UME）及80年代初扫描隧道显微镜（STM）的发展而产生出来的一种分辨率介于普通光学显微镜与STM之间的电化学现场检测新技术。由于其具有化学灵敏性，因而不但可以研究探头与基底上的异相反应动力学及溶液中的均相反应动力学，分辨电极表面微区的电化学不均匀性，给出导体和绝缘体表面的形貌，而且还可以对材料进行微加工，研究许多重要的生物过程等。

发明内容

本发明目的是解决现有技术缺乏研究生物系统内光电子转移反应的有效方法，提供一种通过模拟光合作用中电子转移的过程，用SECM来研究光诱导电子转移的方法。

本发明实现上述目的所采用如下技术方案

一种研究光诱导电子转移的方法，该方法步骤如下：

（1）依次将锌卟啉配合物和Nafion溶液旋涂在导电玻璃表面上；

（2）在苯醌水溶液中，将作为工作电极的扫描电化学显微镜的探针与参比电极和对电极构建三电极体系，以步骤（1）得的导电玻璃作为基底电极；

（3）在扫描电化学显微镜中，在工作电极和基底电极之间施加足以使苯醌还原为氢醌的电极电势差，在基底电极分别处于光照和无光照条件下，调节工作电极到基底电极的距离，检测电流的变化，得到电流随距离变化的反馈曲线；

（4）在扫描电化学显微镜中，以基底电极为零电位点，向工作电极施加负电位，检测基底电极分别处于光照和无光照条件下，电流随时间变化的响应曲线。

进一步，步骤（4）向工作电极施加的电位为-0.2V～-0.5V。

进一步，锌卟啉配合物是在N,N-二甲基甲酰胺溶剂中和氮气保护下，将四苯基卟啉与乙酸锌于80～100℃加热回流反应，产物用氯仿萃取，再经纯化得到的。

有益效果：本发明通过设计SECM界面模型模拟光合作用，研究了异相（固/液）光诱导电子转移过程，这种方法对于研究光合系统II中光电子传递反应有较为重大的意义。同时，也研究了光诱导反应在理论上发生的可能性，结合实验结果表明在光诱导情况下，修饰有锌卟啉的ITO导电玻璃可以与水相中的探针分子HQ发生电子传递反应，并且在距离与电流的反馈模式下，得到典型的正反馈曲线，说明在光照情况下发生了异相的光诱导电子转移反应。在光开启/关闭模式下，光电流呈比较稳定变化的状态，说明锌卟啉配合物具有优异的光捕获性能，可将捕获可见光，并转换为稳定的电能，因此锌卟啉配合物可用于染料敏化太阳能电池和一些光电器件的构建。上述实验说明了本发明方法可用于界面光诱导电子转移的研究，此法在研究光电子传递有重大的意义，为模拟生物系统内光电子转移反应构建了平台。 

附图说明

图1是光诱导电子转移示意图，左图为自然界光合作用中光电子传递过程，右图为本发明SECM模式下光诱导电子转移过程。

图2 是本发明SECM模式下的电极装置示意图。

图3 为操作仪SECM的示意见图。

图4 锌卟啉的紫外吸收光谱图（A）和稳态荧光光谱图（B）。

图5 本发明SECM探针在1mmol/L苯醌水溶液中的稳态循环伏安图。