【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于蛋白材料催化，具体涉及一种基于cds量子点-铁蛋白杂合单分子人造光和系统的制备方法及应用。
技术介绍
1、太阳能驱动的co2催化转化不仅能够有效地减少温室气体排放，同时产生高价值化学品，以解决能源危机。近年来，构建能够同时进行co2转化和水分解的人工光合系统引起了人们的广泛关注。co2光还原成co、ch4等燃料或hcooh等有机化学物质是一个可通过光催化剂优化实现的产能过程。而氧化半反应涉及从水中释放o2，由于其较高的能量需求和较低的产物解吸速率，被认为是限速步骤。
2、硫化镉量子点以其优越的光吸收性能，被广泛用于构建人工光合作用体系。首先，它具有理想的可见光吸收能带结构，能带宽度调节，以提供可变的氧化还原电位。其次，由于cds量子点的尺寸小，光生载流子的转移距离大大缩短，较大的比表面积使量子点具有更多暴露的活性位点。最后，量子点的表面和形态可以很容易地进行修饰和定制，以获得更优的性能。目前报道的关于cds量子点的应用大多是在电子给体存在的情况下，催化co2转化和h2o的析氢反应。仅使用cds量子点同时实现h2o氧化为o2和co2还原存在重大挑战。这种限制主要是由于硫元素固有的不稳定性，它很容易被光产生的空穴氧化，导致光腐蚀。此外，由于电子-空穴快速重组，独立cds量子点缺乏有效吸附和快速转化底物的能力，从而限制了它们在利用水作为电子供体时的催化能力。因此，开发新的硫化镉量子点纳米材料，弥补硫化镉在光催化应用的缺陷，是一项值得探索的工作。
3、纳米生物技术是一个新兴的领域，具有巨大的潜力，可
技术实现思路
1、本专利技术的首要目的是提供一种利用四股螺旋的蛋白质模板合成硫化镉量子点的方法，克服硫化镉量子点在光催化应用中的不足，同时拓展蛋白质在材料科学领域的应用，提供构建人造光和系统的新策略。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、蛋白质模板制备：在铁蛋白四股螺旋亚基内界面引入3个线性排列的半胱氨酸残基，即突变位于亚基间界面铁氧化还原中心的glu24和glu59以及邻位的glu58为半胱氨酸，并将野生型虾铁蛋白原有的第13位cys突变为丙氨酸；
4、cds量子点的合成：在一定浓度的蛋白质模板溶液中依次加入定量的100mm cdso4和100mm na2s溶液，使用混合器快速混匀；
5、光催化应用：将制备好的cds量子点-铁蛋白杂合分子应用于光催化二氧化碳还原和裂解水产生氧气。
6、优选的，所述蛋白质模板为结构明确、耐受重金属元素的虾铁蛋白。
7、优选的，对虾铁蛋白质进行改造所选择的关键界面为亚基内界面，该界面位于四股螺旋内部，刚性强。
8、优选的，合成量子点所需半胱氨酸的数量为3个，引入线性半胱氨酸的位置为位于铁氧化还原中心的24，59位谷氨酸以及邻位的58位谷氨酸。
9、优选的，蛋白质模板储存于50mm tris缓冲液中，溶液ph为7.5。
10、优选的，形成量子点所需的蛋白质模板与所添加的cd、s的比例为1:200:200。
11、优选的，进行光催化实验所用的可见光波长为420nm。
12、有益效果：
13、相对于现有技术，本专利技术提供的cds量子点-铁蛋白杂合分子在可见光催化反应时，能够同时实现二氧化碳向甲酸的还原和水的氧化。克服了现有研究中硫化镉基催化剂无法裂解水产生氧气的弊端。此外，该光催化材料制备方法简单、快速，能够在温和的反应条件下进行高效催化反应。本专利技术为降低大气二氧化碳、缓解日益严重的环境污染问题提供了新的思路。
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1.一种基于CdS量子点-铁蛋白杂合分子的人造光催化系统的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，用于合成量子点的铁蛋白模板为虾铁蛋白。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：突变位于亚基间界面铁氧化还原中心的Glu24和Glu59以及邻位的Glu58为半胱氨酸，并将野生型虾铁蛋白原有的第13位Cys突变为丙氨酸，得到含有线性排列半胱氨酸残基的蛋白质模板。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备硫化镉量子点所用的原料为100mM CdSO4和100mM Na2S。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，量子点形成的最佳条件为蛋白：Cd：S为1:200:200。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所制备的CdS量子点-铁蛋白杂合分子作为人造光和作用系统，其特征在于，在400-500nm可见光照射下，还原二氧化碳为甲酸，同时氧化水分子，生成氧气。
【技术特征摘要】
1.一种基于cds量子点-铁蛋白杂合分子的人造光催化系统的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，用于合成量子点的铁蛋白模板为虾铁蛋白。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：突变位于亚基间界面铁氧化还原中心的glu24和glu59以及邻位的glu58为半胱氨酸，并将野生型虾铁蛋白原有的第13位cys突变为丙氨酸，得到含有线性排列半胱氨酸残基的蛋白质模板。
【专利技术属性】
技术研发人员：张拓，段茂坪，赵广华，臧佳辰，吕晨艳，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
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