叶绿素电池方案 (1).doc

叶绿素电池的制作和优化课题来源将太阳能直接转变为电能，是人类开发新能源的一个重要课题。在高中生命科学第一册，我们学习了光合作用的基本原理，植物能够通过叶绿素把太阳能先转化成电能，再转变成化学能贮存起来。如果我们能够利用植物叶绿素进行光电转化的特性，设计一种叶绿素电池，可能会比现有的太阳能硅电池更加环保，成本也更低。小球藻( Chlorella v ul garis ) 为绿藻门(Chlorophyta) 小球藻属( Chlorella) 普生性单细胞藻, 利用光能自养, 生物量大, 对生长条件要求简单, 环境耐受性强, 繁殖速率高, 单位光照面积的水域培养小球藻的生物量是高等植物的数倍。小球藻中叶绿素含量为2000毫克7000毫克，是自然界中叶绿素含量最高的种类。所以本实验选取小球藻作为叶绿素的提取来源。实验部分一、材料和仪器材料：小球藻，丙酮，蔗糖，乙醚，石油醚，无水乙醇，异辛烷，HAcNaAc 缓冲溶液，氢醌，抗坏血酸，聚乙烯醇，二次蒸馏水，SnO2透光导电玻璃，高纯度抛光铝片。仪器：研钵，漏斗，烧杯，层析柱，滤纸，pH试纸，分光光度计，白炽灯光源，恒电势仪，微电流仪。配方：（1）HAcNaAc 缓冲溶液公式pH=pKa+lg(AC/HAC)，HAC的pKa=4.74，计算得AC/HAC=0.057544（2）铝片抛光硫酸：磷酸：水=1：1：1（大概），温度80C，电流密度0.5A/cm2，t=5min二、方法1、提取叶绿素a（1）提取叶绿素取小球藻液，3500rpm、5min 离心, 弃去上清液。取10g沉淀，置于研钵内，加入2ml丙酮，迅速研磨成匀浆；然后再加入20ml丙酮充分研磨。在一玻璃漏斗底部垫一滤纸，将匀浆通过滤纸过滤至小烧杯中，再用少量的丙酮冲洗叶片残渣及研钵，合并滤液。（2）层析柱的制备（有文献报道碳酸镁作固定相效率更高）选取至今未1.5cm的玻璃试管，割去底部，制成长15cm的圆柱作层析柱。用两片滤纸封住圆柱底部，用橡皮筋勒紧。将干燥的蔗糖装成10cm的层析柱，在固定相上加一片大小合适的圆形滤纸，使其与固定相贴紧，用玻璃棒压平压实。（3）分离叶绿素a取适量滤液小心均匀地倒在层析柱顶部的滤纸上，使其通过滤纸慢慢渗入固定相中。然后加入50ml的乙醚-石油醚（体积比1：9）溶液作为展开剂。待色带明显分开后，将蓝绿色带从层析柱中取出，用无水乙醇（丙酮）溶解，将所得溶液真空抽干得叶绿素a。2、叶绿素二水多聚体的制取（1）将叶绿素a的丙酮溶液逐滴加入水中, 待丙酮挥发后, 在水面上即得片状叶绿素a(称为微晶态叶绿素a)。（2）用分光光度计测定此叶绿素a的异辛烷溶液的吸收光谱，与文献报导对照一致（743.1nm处有强吸收峰），则这是叶绿素a的二水多聚体, 以（Chla2H2O）表示。3、叶绿素二水多聚体电极的制备将一定量的叶绿素a二水多聚体溶于异辛烷中，将SnO2透光导电玻璃（FTO）和高纯度抛光铝片插入溶液中，SnO2导电玻璃作负极，铝片作正极，在1000V/cm的电场强度下沉积10min，叶绿素a二水多聚体均匀沉积于SnO2导电玻璃上，水洗干燥后即得叶绿素a二水多聚体电极。4、光感电位的测量将叶绿素a电极和对电极于pH 3.5的HAcNaAc 缓冲溶液中恒温稳定10 min ,用恒电势仪测量叶绿素电极相对于对电极的静止电位(V暗) ,接着用150 W 带稳压器的白炽灯照射叶绿素电极1min ,测量这时的静止电位(V光) . 二者之差V = V光- V暗为该电极的光感电位。类似地，用微电流仪测量电池的暗电流和光电流(分别记作I暗和I光) ,二者之差I = I光- I暗叫做光感电流。5、不同导电液体系对光感电位的影响（1）不同浓度氢醌的影响氢醌在光合作用电子传递链中是给电子体，在pH 3.5的HAcNaAc 缓冲溶液中分别加入浓度为0.005mol/L和0.1mol/L的氢醌溶液，分别测定加入这两种浓度氢醌后的导电液体系下，叶绿素电池的光感电位。（2）抗坏血酸的影响叶绿素a容易被氧化而失去活性，加入抗坏血酸（维生素C）可以抗氧化。在pH 3.5的HAcNaAc 缓冲溶液中加入1mol/L的抗坏血酸溶液，测定这种导电液体系下，叶绿素电池的光感电位。（3）聚乙烯醇HAcNaAc 缓冲溶液是无机导电液，聚乙烯醇的水溶