[发明专利]一种仿生光捕获器件N3/PT1/AAO膜及其制备工艺与应用

说明书

本发明具体涉及一种仿生光捕获器件N3/PT1/AAO膜。所述的N3/PT1/AAO膜是通过阳极氧化和静电自主装工艺制备的，且所述N3/PT1/AAO膜包括漏斗型基底AAO层、PT1功能层和N3功能层；其中，所述的PT1分子和N3分子之间存在能级差；所述的PT1功能层和N3功能层以静电相互组装的形式吸附于AAO基底的大孔端或小孔端一侧，且基底一侧会出现大规模的PT1‑N3异质面。通过在纳米通道的内壁，形成大规模的N3‑PT1异质面。在模拟太阳光照射下，不仅能实现μA‑级高光响应离子电流的捕获，还具有较好的离子选择性和较大的离子通量，为开发高性能的纳流控仿生光捕获系统提供新的研究思路。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体的说是涉及一种仿生光捕获器件N3/PT1/AAO膜的制备，更具体的说是指一种基于联吡啶钌配合物与聚噻吩衍生物协同作用的氧化铝纳米通道膜的仿生光捕获系统的制备及应用。

背景技术

有效利用太阳能是我们这个时代最大的挑战之一。在自然界中，生物系统以多种多样的方式收集光，其中包括通过光合作用收集太阳能。在植物光合作用过程中，光子捕获的主要过程是光合膜上色素分子对光能的吸收，吸收的光能以激发能的形式传递，在光合反应中心发生电荷分离，并且在光系统一(PSII)电子供体和光系统二(PSI)电子受体的协同作用下，发生光诱导电子转移,随后在生物体内产生化学势。这种光诱导过程实现是通过色素分子与相连接的蛋白质或其他分子之间的连接而发生，而膜提供了一种基本的惰性环境。光合作用中的这种独特的光反应系统被认为是自然界高效的光捕获系统。

近几年来，受光合作用的启发，基于人工纳米通道的仿生光捕获系统迅速发展。现存的仿生光捕获系统大致有两类，一类直接在体系中引入PSII蛋白复合物及细菌视紫红质蛋白作为泵源，结果表明，以PSII蛋白作为能量泵源，锥形PET多孔薄膜作为隔膜的光电转换体系输出的最大光响应电流为3.5nA。一类是在纳米通道内壁修饰人工合成的光敏分子聚吡咯，偶氮苯、螺吡喃、氮化碳，通过聚吡咯构导电聚合物构筑Al₂O₃纳米孔阵列中形成有机/无机异质人工光响应纳米通道，该体系产生的最大光响应电流为400nA。

此外，利用氮化碳光致电子空穴分离的特性构筑的仿生光响应系统最大输出光电流达到900nA，光捕获性能有了很大的提升。但无论基于天然蛋白还是人工光敏分子，它们仍处在一个单分子nA级别的初级模拟阶段，光捕获性能还有很大的提升空间。因此，如何通过利用现有的科学技术，开发高性能仿生光捕获系统，实现太阳能的高效利用，成为研究热点。

发明内容

有鉴于此，本发明设计了一种基于N3/PT1/AAO膜的仿生光捕获器件。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明中所述的N3/PT1/AAO膜是通过阳极氧化和静电自主装工艺制备的，且所述纳米通道膜包括漏斗型基底AAO层、PT1功能层和N3功能层；其中，所述PT1功能层和N3功能层是以静电相互组装的形式吸附于AAO基底的大孔端或小孔端一侧，形成大规模的PT1-N3异质面，制备方法具体如下：

(1)在AAO基底上接枝PT1或N3分子；

(2)在所述PT1功能化的AAO上制备PT1-N3(T)或PT1-N3(B)纳米通道。

(3)在所述N3功能化的AAO上制备N3-PT1(T)或N3-PT1(B)纳米通道。

优选的，步骤(1)中所述AAO上接枝PT1，具体包括：

1)通过三次阳极氧化结合磷酸扩孔方法制备不对称的漏斗型氧化铝纳米通道，洗净，自然风干待用；

2)配置1mg/mL溶剂为DMF的PT1溶液；

3)采用溶剂挥发法在氧化铝纳米通道内修饰PT1，修饰10h后，得到接枝PT1的AAO。