光合细菌色素蛋白复合物的提取与生物太阳能电池的研究

【摘要】：基于生物体光合作用的原理而研制的太阳能电池，因其成本低、环境友好，具有极大的开发潜力。本文以一种光合细菌—红假单胞菌为研究对象，对其培养、色素蛋白复合物的提取、色素蛋白敏化TiO2太阳能电池、以及光合细菌太阳能电池进行了研究。 采用SMN培养基对光合细菌进行液体和固体接种培养，探讨了细菌的生长状况，研究了光合细菌在光学显微镜和透射电镜下的生物学形态。结果表明光合细菌经革兰氏染色呈红色，形状为杆形和弧形。 采用超声波破碎和反复冻融相结合的方法从光合细菌中提取出了色素蛋白复合物的粗提物。结果表明，提取出的色素蛋白复合物在375nm、501nm、520nm、595nm、802nm和880nm处有吸收峰。将提取出的色素蛋白敏化TiO2太阳能电池，并对电池进行了光电性能测试。结果表明，电池的开路电压、短路电流和内阻分别为279mV、10mA和27.9。 对新型光合细菌太阳能电池的组装与电池性能进行了研究，探讨了阳极液中不同添加剂的加入对电池性能的影响，以及不同阳极材料对光合细菌太阳能电池的性能影响。结果表明，光合细菌太阳能电池在光照下可产生13μA的极化电流；葡萄糖和壳聚糖加入到电池阳极液中可使电池的光电流增大至21μA、27μA；蔗糖、蒽醌和醌氢醌加入到电池阳极液中对电池电流无显著作用。分别以TiO2电极、掺蒽醌石墨电极、掺醌氢醌石墨电极和双面石墨电极作为电池的工作电极，研究几种电极对电池性能的影响。结果表明，几种电极均有增大电池光电流的效果，其中尤以双面石墨电极促进效果最佳，光电流可增大至47.5μA。 【关键词】：光合细菌太阳能电池 红假单胞菌 色素蛋白复合物 阳极材料 葡萄糖
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4;TQ28
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义11-12
• 1.2 光合细菌12-15
• 1.2.1 光合细菌的分类12
• 1.2.2 光合细菌的生物特性12-13
• 1.2.3 光合细菌的细胞成分13-14
• 1.2.4 光合细菌的应用14-15
• 1.3 色素蛋白复合物15-19
• 1.3.1 色素蛋白复合物的结构与功能15-17
• 1.3.2 色素蛋白复合物的提纯方法17-19
• 1.4 染料敏化太阳能电池19-21
• 1.4.1 染料敏化太阳能电池的研究进展19-20
• 1.4.2 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理20-21
• 1.4.3 染料敏化太阳能电池的光敏剂21
• 1.5 微生物太阳能电池21-22
• 1.5.1 微生物太阳能电池的结构21
• 1.5.2 微生物太阳能电池的工作原理21-22
• 1.6 本文的主要研究内容22-23
• 第2章 光合细菌的培养23-33
• 2.1 实验仪器与药品23-24
• 2.1.1 实验仪器23
• 2.1.2 实验药品23-24
• 2.2 光合细菌的培养24-28
• 2.2.1 培养基的配制24-25
• 2.2.2 培养器材与培养基溶液的灭菌25
• 2.2.3 接种25-26
• 2.2.4 光合细菌培养26
• 2.2.5 生物周期的测定26-27
• 2.2.6 显微镜检测27-28
• 2.3 实验结果与讨论28-32
• 2.3.1 光合细菌光照培养条件的探讨28-31
• 2.3.2 光合细菌显微镜检测的探讨31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 色素蛋白复合物的提取及在太阳能电池中的应用33-43
• 3.1 实验仪器与药品33-34
• 3.1.1 实验仪器33
• 3.1.2 实验药品33-34
• 3.2 色素蛋白复合物的提取34-37
• 3.2.1 溶液的配制34-36
• 3.2.2 光合细菌的收集36
• 3.2.3 细胞壁的破碎36-37
• 3.2.4 膜蛋白的增溶37
• 3.2.5 色素蛋白复合物的提纯37
• 3.3 染料敏化太阳能电池电极的制备37-39
• 3.3.1 TiO_2电极的制备37-38
• 3.3.2 石墨电极的制备38-39
• 3.4 染料敏化太阳能电池的性能39
• 3.4.1 色素蛋白复合物对 TiO_2电极的敏化39
• 3.4.2 染料敏化太阳能电池的组装及测试39
• 3.5 实验结果与讨论39-42
• 3.5.1 色素蛋白复合物提取条件的讨论39-40
• 3.5.2 色素蛋白复合物的光谱分析40-41
• 3.5.3 染料敏化太阳能电池的石墨电极表征41-42
• 3.5.4 染料敏化太阳能电池的光电性能42
• 3.6 本章小结42-43
• 第4章 光合细菌太阳能电池的构建及性能研究43-56
• 4.1 实验仪器与药品43
• 4.1.1 实验仪器43
• 4.1.2 实验药品43
• 4.2 光合细菌太阳能电池的构建与性能43-45
• 4.2.1 电池的构建43-44
• 4.2.2 电池的性能44-45
• 4.3 阳极液中不同添加剂对电池性能的影响45-47
• 4.3.1 阳极液中葡萄糖对电池性能的影响45-46
• 4.3.2 阳极液中蔗糖对电池的性能影响46
• 4.3.3 阳极液中壳聚糖对电池的性能影响46
• 4.3.4 阳极液中电子介体对电池的性能影响46-47
• 4.4 不同阳极材料对电池的性能影响47-50
• 4.4.1 TiO_2电极做工作电极的电池47-48
• 4.4.2 掺蒽醌石墨电极做工作电极的电池48-49
• 4.4.3 掺醌氢醌石墨电极做工作电极的电池49
• 4.4.4 双面石墨电极做工作电极的电池49-50
• 4.5 实验结果与讨论50-55
• 4.5.1 光合细菌太阳能电池的电流—时间曲线及分析50-51
• 4.5.2 葡萄糖、蔗糖及壳聚糖的加入对电池性能影响51-52
• 4.5.3 电子介体存在下电池的电流—时间曲线52-53
• 4.5.4 不同阳极材料对电池性能的影响53-55
• 4.6 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果61-62
• 致谢62-63
• 作者简介63

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