微囊藻中藻藍素的提取及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用.pdf

1、能源與環(huán)境是新世紀里面臨的嚴峻課題。染料敏化太陽能電池有希望成為調(diào)節(jié)能源與環(huán)境矛盾，并解決日益匱乏的能源問題的有力工具。本文研究的環(huán)節(jié)是染料敏化電池的重要組成部分之一光敏化劑，著眼點是天然染料，重點是從微囊藻中提取、分離、制備光敏化劑藻藍素。論文分兩部分：第一部分關(guān)于染料的提取、分離和鑒定；第二部分關(guān)于染料的光敏化性質(zhì)研究。 在論文的第一部分中，研究從微囊藻藻漿中提取藻藍蛋白，并通過藻藍蛋白制備藻藍素的工藝過程。通過對制備過程中

2、每個細節(jié)的分析，得到藻藍蛋白提取及藻藍素制備的最佳的工藝條件，即：藻漿以6000r/min轉(zhuǎn)速離心12min；粗藻藍蛋白溶液用55％飽和度(25℃)硫酸銨鹽析約1h，然后再以 12000r/min 轉(zhuǎn)速離心沉降12min得蛋白沉淀；鹽析的蛋白沉淀用0.1mol/L,pH=7.0的磷酸鉀緩沖液透析16h，再改用蒸餾水透析 12h(其中，V<,buffer>/V<,precipate>、V<,water>/V<,precipate> 控制在

3、不低于10:1；用緩沖液透析時每隔 8h 更換一次緩沖液，用蒸餾水透析時隔6h更換一次緩沖液，保證透析的總時間不變)；透析后的蛋白溶液用1％的三氯乙酸沉淀，先后分別用蒸餾水、甲醇各洗滌兩次，洗滌過程中的離心控制轉(zhuǎn)速8000r/min，時間12min；洗滌后的蛋白沉淀與甲醇混合煮沸回流 24h，蛋白與甲醇的比控制在1/350(質(zhì)量/體積)。在這一部分中還分離出一種較純的淡黃色的色素，紫外最大吸收峰位置在260nm，通過光譜對其結(jié)構(gòu)作出初步

4、判斷。 在論文的第二部分中，制備平均粒徑約10nm的TiO<,2>溶膠，其在450℃高溫煅燒0.5h后，銳鈦礦所占比例為72.2％。同時，通過絲網(wǎng)印刷制備多孔薄膜電極。TiO<,2>電極在80℃預(yù)處理后，對藻藍素的吸附效果最好。當電極在相同溫度條件下預(yù)處理后，在不同濃度的藻藍素溶液中敏化時，電極對藻藍素的吸附量隨濃度的增加而增加。對分子結(jié)構(gòu)進行分析，藻藍素通過-COOH、-NH-與TiO<,2>多孔薄膜電極的表面羥基(-Ti-O

5、H)以化學鍵結(jié)合，形成電子由染料敏化劑向半導體導帶轉(zhuǎn)移的通道。 將敏化電極、電解液和 Pt 電極進行組裝，構(gòu)成染料敏化太陽能電池。表征電池的光電性能、穩(wěn)定性及電化學阻抗譜，并分析比較實驗數(shù)據(jù)。對于光敏化劑藻藍素，當薄膜電極預(yù)處理溫度為 80℃和染料溶液濃度為0.05mg/ml時，組裝電池的光電轉(zhuǎn)換效率最佳，達0.0136％；其它參數(shù)Voc、Jsc、Pmax、FF的值分別為277mv、0.0485mA/cm<'2>、0.00508

6、mw、0.379。通過對組裝電池的連續(xù)測量，驗證光敏化劑的穩(wěn)定性。在未密封的狀態(tài)下，光照并連續(xù)測量，藻藍素能穩(wěn)定存在25min，而后觀察到Ⅰ-Ⅴ曲線衰減的現(xiàn)象。 通過對染料敏化電池三個界面“ITO/TiO<,2>、TiO<,2>/dye/electrolyte、electrolyte/Pt”的電荷傳遞方式和氧化還原反應(yīng)的形式的分析，推導出各個界面上的電化學阻抗的頻率響應(yīng)函數(shù)的方程，并建立了染料敏化電池的等效電路模型。測試光照和暗