一种短肽-二氧化钛纳米管光电转换器件及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种短肽

【技术实现步骤摘要】
一种短肽
‑
二氧化钛纳米管光电转换器件及制备方法


[0001]本专利技术涉及光伏材料
，尤其是涉及一种短肽
‑
二氧化钛纳米管光电转换器件及制备方法。

技术介绍

[0002]光电化学池、太阳能电池等光电转换系统将太阳能转换为电能或化学能，可以有效解决能源和环境问题，对可持续发展起到重要作用。拓宽其响应光谱、提高可见光利用率、增强光生载流子的吸收与传输是提高光电转化效率的关键。
[0003]二氧化钛(TiO2)纳米材料作为一种重要的多功能半导体材料，在光催化降解有机物、制氢、染料敏化电池光阳极材料、气敏元器件材料和锂离子电极材料等方面展现了巨大的应用前景。其中，一维TiO2纳米管阵列具有更大的比表面积、更有利于电子传输的几何特征、独特的光学和电学特性等优势。尤其是在可控合成一维TiO2的基础上，进一步构筑有序纳米阵列薄膜，从而有利于后续器件化结构，对于纳米TiO2材料的实际应用有着重要的意义。但作为具备光活性的半导体材料，TiO2的带隙较宽(金红石型为3.0eV，锐钛矿型为3.2eV)，而为了使太阳光得到充分利用，半导体的禁带宽度应小于3eV(λ>400nm)。目前的过渡金属氧化物材料很难同时满足能带位置和禁带宽度的要求，光吸收仅局限在紫外线区，而对于无机氧化物半导体来说，控制其能级是非常困难的。再加上材料本身往往还存在吸光能力较弱等问题，大大限制了太阳光能的充分利用。另一方面，TiO2纳米材料受光照产生的光生载流子还有可能会在TiO2内部和表面重新复合，从而影响其光活性，量子产率较低，约为4％。因此提高其催化活性，拓宽激发光源的波长范围是TiO2作为光电转换材料所要迫切解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种短肽
‑
二氧化钛纳米管光电转换器件及制备方法，将有机短肽自组装体与无机低维二氧化钛纳米材料进行复合，在高效的光/电催化制氢、有机物降解等领域具有重要的意义和潜在应用前景。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种短肽
‑
二氧化钛纳米管光电转换器件，包括改性短肽分子序列和二氧化钛纳米管阵列，所述改性短肽分子序列形成的凝胶修饰在所述二氧化钛纳米管阵列的表面，所述改性短肽分子序列包括光响应染料基团和氨基酸短肽分子序列，所述光响应染料基团为包含芳香环的可见光响应染料分子基团，所述芳香环通过亚烷基与氨基或羧基相连接，所述氨基或羧基与所述氨基酸短肽分子序列末端的氨基或羧基形成肽键。
[0006]优选的，所述氨基酸短肽分子序列的短肽长度为2
‑
8个氨基酸，氨基酸类型为20种常用氨基酸。
[0007]优选的，所述氨基酸短肽分子序列中包含苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸中的一种或几种。
[0008]优选的，所述光响应染料基团的结构通式为：
[0009][0010]或：
[0011][0012]其中，R为环状芳烃类结构、杂化烃类结构或取代类环状芳香烃类结构、杂化烃类结构，包括苯并芘类、芘类、蒽类、苯蒽类、萘类、苯萘类、苯酚萘类及Bodipy类分子基团中的一种或几种，R1为
‑
O
‑
基团、S基或CH2‑
基团，n为1
‑
4。
[0013]一种短肽
‑
二氧化钛纳米管光电转换器件的制备方法，步骤如下：
[0014]S1、通过缩合反应制备氨基酸短肽分子序列，然后与光响应染料分子基团反应，纯化，得到改性短肽分子序列；
[0015]S2、通过阳极氧化法、模板法或水热法生成一维二氧化钛纳米管；
[0016]S3、将S1得到的改性短肽分子序列溶于溶液A中，形成透明稳定的均匀混合溶液，改性短肽分子序列在溶液A中的浓度为0.05
‑
20mM，然后向混合溶液中添加溶液B改变体系环境；
[0017]S4、将二氧化钛纳米管浸入混合溶液中，在二氧化钛纳米管表面制得均一透明的水凝胶。
[0018]优选的，溶液A为水、碱性水溶液、酸性水溶液或有机溶剂与水的混合溶液，碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水；酸选自盐酸、醋酸、磷酸、草酸；有机溶剂选自乙醇、二甲基亚砜的一种或多种。
[0019]优选的，溶液A中的改性短肽分子序列为一种或多种，摩尔比为0.001
‑
0.1。
[0020]优选的，溶液B为酸性水溶液、碱性水溶液或脂类物质溶液，酸选自盐酸、硝酸、硫酸、醋酸、磷酸、草酸、柠檬酸或抗坏血酸，碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水或三乙胺，脂类物质包括葡萄糖内脂。
[0021]优选的，溶液B中的酸、碱或脂类物质在最终溶液中的浓度为0.01
‑
5mM。
[0022]优选的，溶液B中的酸、碱或脂类物质在最终溶液中的浓度为0.02
‑
2mM。
[0023]因此，本专利技术采用上述结构的一种短肽
‑
二氧化钛纳米管光电转换器件及制备方法，将有机短肽自组装体与无机低维二氧化钛纳米材料进行复合，兼顾有机材料的特异性的同时，发挥半导体纳米材料的表面效应、量子尺寸效应等特点，在高效的光/电催化制氢、有机物降解等领域具有重要的意义和潜在应用前景。作为理想的光捕获单元，体系中同时存在不同吸收波长的天线分子，在自然光范围内具有较宽谱带的吸收。其次，天线分子之间的距离和空间取向性合适，保证能量传递高效进行。同时，体系中结构的规则性也为下一步电荷分离、电子转移提供了必要条件。
[0024]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0025]图1为本专利技术主题名称实施例1制得的Pyrene
‑
FF分子结构；
[0026]图2为本专利技术实施例2得到Bodipy
‑
COOH的合成过程图；
[0027]图3是本专利技术实施例3制备得到二氧化钛纳米管阵列SEM图。
具体实施方式
[0028]以下通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0029]实施例1
[0030]本实施例用于制备改性短肽分子序列。
[0031]取2
‑
chlorotrityl chlorid树脂0.5g(0.55mmol)(Clear
‑
Acid Resin，购自Peptide Institute Inc.)放入固相合成器中，加入4mL无水N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)，置于摇床上摇动0.5h，活化树脂，并清除杂质。活化后用无水DMF5mL清洗3次。将Fmoc
‑
苯丙氨酸(1.06g，4.49mmol)(购自Peptide Institute Inc.)溶于3mL无水DMF中，加入192μL(1.1mmol)N,N
‑
Diisopropyl Ethylamine(DIEPA)，超声使混合均匀。将上述混合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种短肽
‑
二氧化钛纳米管光电转换器件，其特征在于：包括改性短肽分子序列和二氧化钛纳米管阵列，所述改性短肽分子序列形成的凝胶修饰在所述二氧化钛纳米管阵列的表面，所述改性短肽分子序列包括光响应染料基团和氨基酸短肽分子序列，所述光响应染料基团为包含芳香环的可见光响应染料分子基团，所述芳香环通过亚烷基与氨基或羧基相连接，所述氨基或羧基与所述氨基酸短肽分子序列末端的氨基或羧基形成肽键。2.根据权利要求1所述的一种短肽
‑
二氧化钛纳米管光电转换器件，其特征在于：所述氨基酸短肽分子序列的短肽长度为2
‑
8个氨基酸，氨基酸类型为20种常用氨基酸。3.根据权利要求2所述的一种短肽
‑
二氧化钛纳米管光电转换器件，其特征在于：所述氨基酸短肽分子序列中包含苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种短肽
‑
二氧化钛纳米管光电转换器件，其特征在于：所述光响应染料基团的结构通式为：其中，R为环状芳烃类结构、杂化烃类结构或取代类环状芳香烃类结构、杂化烃类结构，包括苯并芘类、芘类、蒽类、苯蒽类、萘类、苯萘类、苯酚萘类及Bodipy类分子基团中的一种或几种，R1为
‑
O
‑
基团、S基或CH2‑
基团，n为1
‑
4。5.如权利要求1
‑
4任意一项所述的一种短肽
‑
二氧化钛纳米管光电转换器件的制备方法，其特征在于：步骤如下：S1、通过缩合反应制备氨基酸短肽分子序列，然后与光响应染料分子基团反应，纯化，得到改性短肽分子序列；S2、通过阳极氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王心心，李洪义，王金淑，周文元，徐柔，徐怡平，宋辉，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：