光合作用是指绿色植物及藻类吸收光能,把二氧化碳和水合成富能有机物,同时释放氧的过程。作为光合作用的场所,叶绿体利用其叶绿素将光能转变为化学能。目前,模拟植物的光合作用捕获太阳能的新型材料构筑受到科学界的广泛关注。近几年随半导体光催化技术的发展,其在光催化反应中显示出的良好的光催化活性和稳定性吸引了众多催化领域内科研工作者们的浓厚兴趣,并且获得了大量的研究成果。其中包含金属-半导体复合光催化剂和有机-半导体复合纳米聚集体光催化剂等。但由于上述复合材料的构筑过程中存在体系设计复杂,制备繁琐等问题,因此,在基于大量的文献报道基础上,本课题组提出了以活体叶绿体为主体基质、复合无机光催化剂的材料构筑方式,以实现复合材料的捕光释氧性能。为了研究材料的捕光释氧性能我们研发了一种气体浓度监测实验装置,可对叶绿体复合材料的释氧量进行追踪与记录。本工作的主要内容分为以下两部分:(1)以离体叶绿体为主体基质,复合MnO2、MnCl2催化剂,制备叶绿体涂层材料,并对复合材料的捕光释氧性能进行研究。借助扫描电子显微镜(SEM)对离体叶绿体的形貌进行观察,结果表明叶绿体结构完整、分散性良好、粒径均匀且无粘连现象出现;利用能量色散光谱仪(EDS)对制得的涂层材料进行分析,其元素分布图表明MnO2粒子与Mn均匀的分散于叶绿体表面,具有良好的复合效果;最后,利用紫外-可见分光光度计(UV-vis)和自主研发的气体浓度监测装置对复合涂层材料进行测试,实验结果表明复合涂层材料具备一定的捕光释氧性能。(2)针对国内外市场上已有的氧电极不能满足大面积涂层材料监测的问题,我们研发出了一种多功能气体浓度监测装置。装置内部设置有氙灯作为可见光的光源,安装有氧气、二氧化碳气体检测模块。该装置可对上述工作中所制备的复合涂层材料捕光释氧性能进行监测。除此之外,还可应用于其他待测物质或气体的监测,可同时监测多种气体,还可根据实验需求进行真空模式调节,并利用该装置分别监测了叶绿体/二氧化钛、叶绿体/二氧化锰、叶绿体/氯化锰等复合材料的释氧性能。结果表明叶绿体悬浮液的释氧量变化趋势与紫外-可见分光光度计(UV-vis)得到的实验结果及利用Clark氧电极监测的实验结果相符合,证明了实验数据的准确度与可靠性。