螺旋藻色素蛋白復合物的提取及螺旋藻生物太陽能電池研究

【摘要】：螺旋藻生物太陽能電池能夠捕獲太陽能并產生電能，實現(xiàn)了CO2的零排放，具有清潔可循環(huán)利用和產能高效等優(yōu)點，受到越來越廣泛的關注。本文對螺旋藻的培養(yǎng)及色素蛋白的提取，螺旋藻生物太陽能電池的構建和電池陽極材料的選擇進行了研究。 本文采用S氏培養(yǎng)基對螺旋藻進行培養(yǎng)，通過對螺旋藻進行長期觀察并繪制生長曲線對螺旋藻的生長狀況進行分析。從螺旋藻中提取藻膽蛋白與方酸菁染料復合,敏化納米晶TiO2光電陽極構建染料敏化太陽能電池，并研究了電池的光電特性。 采用螺旋藻作為新型光敏劑構建螺旋藻生物太陽能電池，對電池的結構進行了優(yōu)化并對其產電性能進行了分析。螺旋藻具有光電轉換能力,并且在電池中能夠產生70μA光電流,與此同時,考察了在電池陽極室中分別添加葡萄糖、蔗糖和殼聚糖等糖類,可以使電池的最大電流分別增長了80μA,100μA和84μA,添加蔗糖后可以使電池的最大功率密度提高到63mW/m2。 本文還對螺旋藻生物太陽能電池陽極材料的選擇進行了研究，設計制作了蒽醌石墨電極、醌氫醌石墨電極、雙面石墨電極、納米晶TiO2電極以及用Cy3敏化后的納米晶TiO2電極，組裝成螺旋藻生物太陽能電池后，光電流分別提高了61μA、50μA、154μA、25μA和43μA。雙面石墨電極可以明顯提高光電流，選擇最適合的螺旋藻生物太陽能電池陽極不僅可以提高電池的光電轉化效率，還可以降低電池內阻，提高電池的輸出功率。 【關鍵詞】：生物太陽能電池 螺旋藻 藻膽蛋白和菁染料 糖類添加劑 光電性能
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TQ914.2;TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 螺旋藻及色素蛋白12-14
• 1.3 微生物燃料電池14
• 1.3.1 微生物燃料電池（MFC）的應用原理14
• 1.3.2 光合作用微生物燃料電池（PMFC）14
• 1.4 微生物燃料電池的種類14-18
• 1.4.1 有介體微生物燃料電池14-15
• 1.4.2 無介體微生物燃料電池15-16
• 1.4.3 微藻生物陽極型 MFC16-17
• 1.4.4 微藻生物陰極型 MFC17
• 1.4.5 電子介體的種類及優(yōu)缺點17-18
• 1.5 微生物燃料電池的結構18-19
• 1.5.1 雙室型微生物燃料電池18
• 1.5.2 單室型微生物燃料電池18-19
• 1.5.3 質子交換膜19
• 1.5.4 陰陽極材料的選擇19
• 1.6 微生物燃料電池的研究進展19-20
• 1.7 本論文的目的和研究內容20-21
• 第2章 螺旋藻的培養(yǎng)及色素蛋白提取21-35
• 2.1 實驗儀器與藥品21-23
• 2.1.1 實驗儀器21-22
• 2.1.2 實驗藥品22-23
• 2.2 螺旋藻的培養(yǎng)23-26
• 2.2.1 培養(yǎng)基的配制23-24
• 2.2.2 培養(yǎng)器材與培養(yǎng)基溶液的滅菌24-25
• 2.2.3 接種25
• 2.2.4 光照培養(yǎng)25-26
• 2.2.5 螺旋藻生長狀況的檢測26
• 2.2.6 螺旋藻生長量的測定26
• 2.3 藻膽蛋白的提取26-27
• 2.4 類囊體膜的提取27
• 2.5 色素蛋白對薄膜 TiO_2光陽極的敏化及 DSSC 的組裝27-28
• 2.6 實驗結果與討論28-34
• 2.6.1 螺旋藻光照培養(yǎng)條件的探討28-30
• 2.6.2 藻膽蛋白的光譜分析30-31
• 2.6.3 類囊體膜的提取率及光譜分析31-33
• 2.6.4 DSSC 的性能分析33-34
• 2.7 本章小結34-35
• 第3章 螺旋藻生物太陽能電池35-49
• 3.1 實驗儀器及原料35-36
• 3.1.1 實驗儀器35
• 3.1.2 實驗藥品35-36
• 3.2 螺旋藻生物太陽能電池的構建36-37
• 3.2.1 質子交換膜的處理36
• 3.2.2 石墨電極的制備36
• 3.2.3 電極的選擇36
• 3.2.4 螺旋藻生物太陽能電池的組裝36-37
• 3.3 螺旋藻生物太陽能電池的性能37-38
• 3.4 實驗結果與討論38-48
• 3.4.1 螺旋藻生物太陽能電池的原理探討38
• 3.4.2 螺旋藻生物太陽能電池的電流-時間曲線及分析38-39
• 3.4.3 螺旋藻生物太陽能電池的極限光電流的分析39-40
• 3.4.4 糖類的分解代謝原理及應用的分析40-41
• 3.4.5 陽極液中葡萄糖添加劑對電池性能的影響41-43
• 3.4.6 陽極液中蔗糖添加劑對電池性能的影響43-45
• 3.4.7 陽極液中殼聚糖添加劑對電池性能的影響45-46
• 3.4.8 電子介體的存在對電池性能的影響46-47
• 3.4.9 不同添加劑對電池性能的影響47-48
• 3.5 本章小結48-49
• 第4章 電極對螺旋藻生物太陽能電池性能影響49-59
• 4.1 實驗儀器與藥品49
• 4.1.1 實驗儀器49
• 4.1.2 實驗藥品49
• 4.2 電極的制備49-52
• 4.2.1 雙面石墨電極的制備50
• 4.2.2 蒽醌石墨電極的制備50-51
• 4.2.3 醌氫醌石墨電極的制備51
• 4.2.4 涂覆法 TiO_2電極的制備51
• 4.2.5 溶膠-凝膠法 TiO_2電極的制備51-52
• 4.2.6 染料敏化 TiO_2電極的制備52
• 4.3 實驗結果與討論52-57
• 4.3.1 石墨材料的結構分析52-53
• 4.3.2 石墨材料的表面形貌分析53
• 4.3.3 石墨電極表面形貌的分析53-54
• 4.3.4 蒽醌石墨電極和醌氫醌石墨電極對電池性能的影響54-55
• 4.3.5 敏化前后 TiO_2電極對電池性能的影響55-56
• 4.3.6 雙面石墨電極和單面石墨電極對電池性能的影響56-57
• 4.4 本章小結57-59
• 結論59-60
• 參考文獻60-64
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務和主要成果64-65
• 致謝65-66
• 作者簡介66

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