螺旋藻色素蛋白复合物的提取及螺旋藻生物太阳能电池研究

【摘要】：螺旋藻生物太阳能电池能够捕获太阳能并产生电能，实现了CO2的零排放，具有清洁可循环利用和产能高效等优点，受到越来越广泛的关注。本文对螺旋藻的培养及色素蛋白的提取，螺旋藻生物太阳能电池的构建和电池阳极材料的选择进行了研究。 本文采用S氏培养基对螺旋藻进行培养，通过对螺旋藻进行长期观察并绘制生长曲线对螺旋藻的生长状况进行分析。从螺旋藻中提取藻胆蛋白与方酸菁染料复合,敏化纳米晶TiO2光电阳极构建染料敏化太阳能电池，并研究了电池的光电特性。 采用螺旋藻作为新型光敏剂构建螺旋藻生物太阳能电池，对电池的结构进行了优化并对其产电性能进行了分析。螺旋藻具有光电转换能力,并且在电池中能够产生70μA光电流,与此同时,考察了在电池阳极室中分别添加葡萄糖、蔗糖和壳聚糖等糖类,可以使电池的最大电流分别增长了80μA,100μA和84μA,添加蔗糖后可以使电池的最大功率密度提高到63mW/m2。 本文还对螺旋藻生物太阳能电池阳极材料的选择进行了研究，设计制作了蒽醌石墨电极、醌氢醌石墨电极、双面石墨电极、纳米晶TiO2电极以及用Cy3敏化后的纳米晶TiO2电极，组装成螺旋藻生物太阳能电池后，光电流分别提高了61μA、50μA、154μA、25μA和43μA。双面石墨电极可以明显提高光电流，选择最适合的螺旋藻生物太阳能电池阳极不仅可以提高电池的光电转化效率，还可以降低电池内阻，提高电池的输出功率。 【关键词】：生物太阳能电池 螺旋藻 藻胆蛋白和菁染料 糖类添加剂 光电性能
【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】：TQ914.2;TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 螺旋藻及色素蛋白12-14
• 1.3 微生物燃料电池14
• 1.3.1 微生物燃料电池（MFC）的应用原理14
• 1.3.2 光合作用微生物燃料电池（PMFC）14
• 1.4 微生物燃料电池的种类14-18
• 1.4.1 有介体微生物燃料电池14-15
• 1.4.2 无介体微生物燃料电池15-16
• 1.4.3 微藻生物阳极型 MFC16-17
• 1.4.4 微藻生物阴极型 MFC17
• 1.4.5 电子介体的种类及优缺点17-18
• 1.5 微生物燃料电池的结构18-19
• 1.5.1 双室型微生物燃料电池18
• 1.5.2 单室型微生物燃料电池18-19
• 1.5.3 质子交换膜19
• 1.5.4 阴阳极材料的选择19
• 1.6 微生物燃料电池的研究进展19-20
• 1.7 本论文的目的和研究内容20-21
• 第2章 螺旋藻的培养及色素蛋白提取21-35
• 2.1 实验仪器与药品21-23
• 2.1.1 实验仪器21-22
• 2.1.2 实验药品22-23
• 2.2 螺旋藻的培养23-26
• 2.2.1 培养基的配制23-24
• 2.2.2 培养器材与培养基溶液的灭菌24-25
• 2.2.3 接种25
• 2.2.4 光照培养25-26
• 2.2.5 螺旋藻生长状况的检测26
• 2.2.6 螺旋藻生长量的测定26
• 2.3 藻胆蛋白的提取26-27
• 2.4 类囊体膜的提取27
• 2.5 色素蛋白对薄膜 TiO_2光阳极的敏化及 DSSC 的组装27-28
• 2.6 实验结果与讨论28-34
• 2.6.1 螺旋藻光照培养条件的探讨28-30
• 2.6.2 藻胆蛋白的光谱分析30-31
• 2.6.3 类囊体膜的提取率及光谱分析31-33
• 2.6.4 DSSC 的性能分析33-34
• 2.7 本章小结34-35
• 第3章 螺旋藻生物太阳能电池35-49
• 3.1 实验仪器及原料35-36
• 3.1.1 实验仪器35
• 3.1.2 实验药品35-36
• 3.2 螺旋藻生物太阳能电池的构建36-37
• 3.2.1 质子交换膜的处理36
• 3.2.2 石墨电极的制备36
• 3.2.3 电极的选择36
• 3.2.4 螺旋藻生物太阳能电池的组装36-37
• 3.3 螺旋藻生物太阳能电池的性能37-38
• 3.4 实验结果与讨论38-48
• 3.4.1 螺旋藻生物太阳能电池的原理探讨38
• 3.4.2 螺旋藻生物太阳能电池的电流-时间曲线及分析38-39
• 3.4.3 螺旋藻生物太阳能电池的极限光电流的分析39-40
• 3.4.4 糖类的分解代谢原理及应用的分析40-41
• 3.4.5 阳极液中葡萄糖添加剂对电池性能的影响41-43
• 3.4.6 阳极液中蔗糖添加剂对电池性能的影响43-45
• 3.4.7 阳极液中壳聚糖添加剂对电池性能的影响45-46
• 3.4.8 电子介体的存在对电池性能的影响46-47
• 3.4.9 不同添加剂对电池性能的影响47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 电极对螺旋藻生物太阳能电池性能影响49-59
• 4.1 实验仪器与药品49
• 4.1.1 实验仪器49
• 4.1.2 实验药品49
• 4.2 电极的制备49-52
• 4.2.1 双面石墨电极的制备50
• 4.2.2 蒽醌石墨电极的制备50-51
• 4.2.3 醌氢醌石墨电极的制备51
• 4.2.4 涂覆法 TiO_2电极的制备51
• 4.2.5 溶胶-凝胶法 TiO_2电极的制备51-52
• 4.2.6 染料敏化 TiO_2电极的制备52
• 4.3 实验结果与讨论52-57
• 4.3.1 石墨材料的结构分析52-53
• 4.3.2 石墨材料的表面形貌分析53
• 4.3.3 石墨电极表面形貌的分析53-54
• 4.3.4 蒽醌石墨电极和醌氢醌石墨电极对电池性能的影响54-55
• 4.3.5 敏化前后 TiO_2电极对电池性能的影响55-56
• 4.3.6 双面石墨电极和单面石墨电极对电池性能的影响56-57
• 4.4 本章小结57-59
• 结论59-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务和主要成果64-65
• 致谢65-66
• 作者简介66

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