一种研究光诱导电子转移的方法技术

本发明专利技术提供了一种用扫描电化学显微镜研究光诱导电子转移的方法，该方法采用锌卟啉配合物和苯醌构建光系统II中光诱导电子转移的过程，在扫描电化学显微镜中，以SECM的探针为工作电极，修饰有锌卟啉配合物的导电玻璃为基底电极，通过调节两电极间的距离和电极电势差，实现在光照下的光诱导电子转移。可利用本发明专利技术的方法构建模拟生物系统内光电子转移反应的平台。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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夫，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，对于掲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，叶啉可以用于光限幅、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，叶啉广泛地被用于ー些光电分离，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木。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カ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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术实现上述目的所采用如下技术方案 ー种研究光诱导电子转移的方法，该方法步骤如下 (O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參比电极和对电极构建三电极体系，以步骤(I)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。进ー步，步骤(4)向工作电极施加的电位为-O. 2V -O. 5V。进一歩，锌卟啉配合物是在N，N-ニ甲基甲酰胺溶剂中和氮气保护下，将四苯基卟啉与こ酸锌于80 100°C加热回流反应，产物用氯仿萃取，再经纯化得到的。有益效果本专利技术通过设计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。上述实验说明了本专利技术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I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，右图为本专利技术SECM模式下光诱导电子转移过程。图2是本专利技术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本专利技术SECM探针在lmmol/L苯醌水溶液中的稳态循环伏安图。图6本专利技术SECM模式下反馈曲线图。图7本专利技术SECM模式下电流随时间变化的响应曲线图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术做进ー步说明。图I中的左图表明了自然界中位于叶绿素内光系统II中的光诱导电子转移过程，右图是在SECM模式下我们构建的模拟界面上的简单光诱导电子转移过程，由于卟啉是ー些生物大分子(如叶绿素,血红素,维生素B12)的核心基团，泛醌(plastoquinone)是光系统II中重要的电子载体，所以本专利技术采用由锌卟啉配合物修饰的ITO导电玻璃做基底电极，溶液中的探针分子则采用苯醌(benzoquinone, BQ)。应用Gauss软件计算了 ZnTPP和HQ (氢醌)的能级。分子的Η0Μ0 (最高已占轨道)和LUMO (最低未 占轨道)值反映了它们的化学性质，Η0Μ0值代表分子失去电子的能力，LUMO值代表得到电子的能力；若Η0Μ0值越大，就说明此分子失电子能力越强；若LUMO值越低，说明分子接受电子的能力越強。从计算结果可看出，ZnTPP被激发后从Η0Μ0能级跃迁至LUMO能级，此LUMO值较HQ的LUMO值低，所以它是很强的电子接受体，可以和HQ之间发生电子的传递。计算结果如下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种研究光诱导电子转移的方法，其特征在于，该方法步骤如下 (O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參比电极和对电极构建三电极体系，以步骤(I)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...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢小泉，胡娅琪，王文婷，何红霞，艾瑞霞，周喜斌，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：