本技术涉及光功能复合材料领域,介绍了一种共轭寡聚物/金纳米簇光能转换材料的制备技术。该技术通过合成含有芴和噻吩主链及活性侧链基团的共轭寡聚物,并与金纳米簇结合,形成高效的光能转换材料。
背景技术
太阳能是一种丰富的可再生能源。自然界中的光合作用可以实现对太阳能的利用和储存。在光合生物中,光可以驱动电子转移产生生物电和生物燃料等生物能源。然而,光合生物的太阳能转换效率极低,约为3% 左右,光合作用实际上很难满足现有的生物能源需求。
目前在提高光合生物的太阳能转换效率方面主要采用基因工程和引入人工半导体材料等技术。例如在大豆中过表达“VPZ”结构(包含3个与叶黄素循环相关的基因),加速植物叶黄素循环的切换过程,显著提升光合作用效率,田间试验中产量平均提高20%以上。但由于不同物种间的适应性差异和复杂的调控过程,基因改造技术难度高,缺乏普适性。利用人工合成材料,如有机半导体材料光吸收性能强,扩大了蓝藻的光捕获范围,加速了光反应中的电子传递速率,光依赖反应中氧气、NADPH和ATP的产量分别提高了52.8%、47.9%和27.2%。还可利用无机纳米材料模拟天然酶,参与光合成过程。尽管人工合成材料在优化光合作用方面具有潜力,但由于其难以高效进入光合生物细胞,直接进入生物合成中心,导致太阳能转换效率依然受限。
基于金纳米簇和有机半导体材料开发的人工异质结纳米材料具有结构和功能可设计性。小尺寸的纳米簇可以快速进入细胞,从而将外源性光生电子直接转移到光合生物内部,直接参与光电转化。如何利用这一特性,制备出太阳能转换效率高、性能稳定的纳米异质结材料,是目前亟待开发的技术,对纳米复合材料在生物质能源开发和利用方面的应用具有实际价值。
实现思路