本发明专利技术属于纳米光电子材料领域，特别涉及利用了核酸及其模拟分子体系的核酸仿生纳米材料和光电转换纳米材料领域。利用固相合成方法，按照设计好的碱基序列，将不同电性能的碱基Ｔ、Ｃ、Ａ或Ｇ单体，按还原电位或氧化电位从高或低，沿核酸或核酸模拟分子链，从一端到另一端间隔不同数目的天然碱基有序地排列形成核酸或核酸模拟分子，并与互补序列的核酸或核酸模拟分子杂化，杂化后形成具有沿核酸和／或核酸模拟分子构成的双螺旋链的电位势梯度的核酸仿生纳米材料。该材料可用于制备具有电荷单向转移特性的光电转换纳米材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米光电子材料领域，特别涉及利用了核酸及核酸模拟分子 体系的核酸仿生纳米材料和光电转换纳米材料领域。
技术介绍
光电转换材料是应用于太阳能光电转换，将太阳能转换为电能的一类功 能材料，包括单晶硅/非晶硅、硫化镉/碲化镉等无机半导体材料、具有窄带隙 的高分子材料以及在可见-近红外区具有高吸光系数的有机小分子材料。传统 上，后两者均属于有机光电转换材料。目前，市场上的太阳能电池主要是以单晶硅为光电转换材料，其转换效率在20%左右，但是，单晶硅的高价格限 制了它的广泛应用，而多晶硅被认为是下一代的光电转换材料，其效率也已 经达到了 15%以上，但是，其价格和效率依然不能满足要求，尤其是其带隙 与太阳光的最大光流子波段不相近，因此，以硫化镉、砷化镓和铜铟硒为代 表的、具有窄带隙的无机半导体材料得到了重视，其光电转换效率也己达到 或接近单晶硅的水平。然而不管是硅系材料或无机半导体材料，都有相同的 缺点，比如原料加工工艺复杂、原料重量重、原料来源单一等，因而，限制 了其广泛应用。而有机材料则不同，具有原料来源广泛、重量轻、结构可修饰性强、柔 性可折叠等优点，因而被认为是最有前景的光电转换材料。从上世纪六、七 十年代以来，有机材料一直得到了大量的研究。基于聚合物光电转换材料的 光电池的转换效率一直受限于有限的电荷分离效率和载流子传输效率，其转 换效率一直很低(1(T3 10—1。/。)，直到C6o的出现并作为电子受体与电子给体型 的聚合物混合形成"体异质结"(BulkHeterajimction)型光电转换材料，其转 换效率才提高到1%以上(G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, R Wudl， A. J. Heeger, Polymer Photovoltaic Cells: Enhanced Efficiencies via a Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions, 1995 ， 270: 1789 1791)，这是因为C6()的引入可以大大提高电荷分离效率，其电荷分离态的寿命可达到ias ms6量级(N. S. Sariciftci, L. Smilowitz, A. J. Heeger, R Wudl， Photoinduced Electron Transfer from a Conducting Polymer to Buckminsterfiillerene, 5Wewce， 1992, 258， 1474 1476)。随着C6。化学修饰的研究进展，基于C6。衍生物和电子给体型 聚合物的光电池的光电转换效率被逐步提高到5%左右，但是，由于Qo衍生 物与聚合物的相容性不好，易聚集，限制了光致载流子的有效传输，因此， 限制了光电转换效率。而有机小分子材料，比如，花菁染料由于其最大吸收 波长在400 1000nm之间，而且具有很高的吸光系数，早在上世纪80年代， 就被用于光电转换研究，其转换效率约为1%左右(A. K. Ghosh, T. Feng, Merocyanine Organic Solar Cell, J. App. Phys. 1978， 49， 5982-5989; D. L. Mord， A. K. Ghosh, T. Feng, E. L. Stogryn, P. E. P丽in， R. F. Shaw, C. Fishman, High-Efficiency Organic Solar Cell, App. Phys. Lett. 1978， 32, 495 497)。随后， 以电子受体茈二酰亚胺和电子给体铜酞菁作为光电转换材料构筑的双层有机 光电池的转换效率也达到1%(C. W. Tang， Two-Layer Organic Photovoltaic Cell, App. Phys. Lett. 1986,48, 183 185)。然而，由于电荷分离效率和载流子传输 效率低等原因，当通过气相共沉积技术，将茈二酰亚胺和铜酞菁共同沉积形 成"体异质结"，并结合改进的退火技术，在提高茈二酰亚胺或铜酞菁在"体 异质结"中的相分离程度的同时，阻止了粗糙表面形成，从而将茈二酰亚胺 和铜酞菁的光电转换效率提高到大约1.5%(P. Peumans, S. Uchida， S. R. Forrest: Efficient bulk heteroj unction photovoltaic cells using smallmolecular- weight organic thin films, iWm^e, 2003， 425, 158 162)。这是因为相分离程度的提高有 助于光致电荷的有效分离，而表面粗糙度的改善则有助于电荷传输通道的建 立，从而提高电荷传输效率。在天然界中，植物的光合作用是高效利用光能的典范，光合反应中心通 过一系列的分子调控机制，特别是光致正负电荷沿电荷转移通道逐级转移和 定向分离的分子机制，有效地避免了电荷的复合，而实现光能转换的高效率。 作为遗传密码载体的DNA不仅具有基于分子识别和序列识别的可控组装特性， 也具有基于碱基堆积的电荷传输特性，研究发现光致电子或空穴可以借助碱 基T或碱基G为跳板进行长距离传输(可达几十A)，其转移机理主要为电子 瑕^跃机审lJ(C.-S丄iu， G. B. Schuster, Base Sequence Effects in Radical Cation Migration in Duplex DNA: Support for the Polaron画Like Hopping Model, /爿m. C7zem, 5bc" 2003， 125, 6098 6102; C. Behrens， L. T. Burgdorf, A. Schw6gler， T. Carell, Weak Distance Dependence of Excess Electron Transfer in DNA, C7 e肌/W.五t/.,2002，41, 1763 1766)。利用电荷沿核酸链的跳跃转移机理，通过在核酸链的不同位置引入不同电位势的碱基基团，构筑一个可以模拟天然 光合作用体系的具有电荷逐级转移和定向分离的转移通道，来实现光致电荷 的单向转移，构筑具有电荷单向转移特性的核酸仿生纳米材料。并进一步通过共价键将茈二酰亚胺或铜酞菁等光电功能基团与上述核酸仿生纳米材料偶 联，来实现有机小分子电子给受体的长寿命电荷分离态和高效电荷分离，从 而得到新型的光电转换纳米材料。为了实现上述材料的高热稳定性，引入可以形成热稳定性高的核酸模拟分子是必须的，这些核酸模拟分子包括肽核酸(peptide nucleic acid, PNA， 见文献Nielsen, P. E.; Egholm， M,; Berg, R. H.; Buchardt, O., Sequence selective recognition of DNA by strand displacement with a thymine-substitute polyamide， 6We"本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有电位势梯度的核酸仿生纳米材料，其特征是：不同电性能的碱基Ｔ、Ｃ、Ａ或Ｇ沿核酸和／或核酸模拟分子链，按还原电位或氧化电位从高或低，从一端到另一端间隔不同数目的天然碱基有序地排列，形成具有沿核酸和／或核酸模拟分子构成的双螺旋链的电位势梯度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：詹传郎，姚建年，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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