基于六硼化鑭與殼聚糖的光熱轉(zhuǎn)換生物材料

李奕杉， 鐘年丙， 廖 強(qiáng)*， 付 乾， 黃 云， 夏 奡， 朱 恂

(1. 重慶大學(xué) 低品位能源利用技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶 400044；2. 重慶大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院 工程熱物理研究所， 重慶 400044；3. 重慶理工大學(xué) 光纖傳感與光電檢測(cè)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶市現(xiàn)代光電檢測(cè)技術(shù)與儀器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶 400054)

基于六硼化鑭與殼聚糖的光熱轉(zhuǎn)換生物材料

李奕杉1,2， 鐘年丙3*， 廖 強(qiáng)1,2*， 付 乾1,2， 黃 云1,2， 夏 奡1,2， 朱 恂1,2

(1. 重慶大學(xué) 低品位能源利用技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶 400044；2. 重慶大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院 工程熱物理研究所， 重慶 400044；3. 重慶理工大學(xué) 光纖傳感與光電檢測(cè)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶市現(xiàn)代光電檢測(cè)技術(shù)與儀器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶 400054)

為實(shí)現(xiàn)光合細(xì)菌(PSB)產(chǎn)氫過(guò)程的光分頻利用，用六硼化鑭(LaB6)和殼聚糖制備了光熱轉(zhuǎn)換發(fā)光發(fā)熱生物材料，研究了不同LaB6納米顆粒的生物材料在可見(jiàn)光下的吸光特性和光熱轉(zhuǎn)換特性。研究發(fā)現(xiàn)：該生物材料能較好地透過(guò)510～650 nm波長(zhǎng)的光為PSB產(chǎn)氫供給光能，而其他波段的光用于激發(fā)LaB6粒子產(chǎn)熱為PSB提供熱能。LaB6納米顆粒的吸光度及光熱轉(zhuǎn)換能力受顆粒尺寸影響顯著，當(dāng)生物材料中LaB6顆粒平均水力直徑為295 nm時(shí)，12 min內(nèi)的溫升速率為0.41 ℃/min，是載玻片的5.4倍。

光合細(xì)菌； 生物材料； 六硼化鑭； 光熱轉(zhuǎn)換

1 引 言

生物膜反應(yīng)器應(yīng)用于光生物制氫具有固定生物量較多、微生物的活性高、對(duì)周?chē)h(huán)境中的生長(zhǎng)抑制因素抗性強(qiáng)以及可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)[1-3]，被認(rèn)為是一種有效的產(chǎn)氫強(qiáng)化方法。然而，當(dāng)前光生物膜反應(yīng)器大規(guī)模商用還面臨很多問(wèn)題需要解決，其中，光照條件和生物膜周?chē)鷾囟葪l件是影響生物膜反應(yīng)器性能和經(jīng)濟(jì)性的兩個(gè)重要因素。

光照條件對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的影響比較復(fù)雜。對(duì)于特定的光合細(xì)菌菌株，為其提供適于生產(chǎn)產(chǎn)氫的最適光譜對(duì)優(yōu)化反應(yīng)器的產(chǎn)氫性能和節(jié)約光能十分重要[4]。然而，常用人工光源的光譜處于可見(jiàn)光波段，而這一波段內(nèi)部分光能難以被光合細(xì)菌高效利用，由高品位的電能提供的人工光源會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。溫度是影響生物膜光生化轉(zhuǎn)化過(guò)程的另一重要因素[5]。光合細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的酶對(duì)溫度非常敏感，過(guò)高或過(guò)低的溫度都將影響酶活性，進(jìn)一步影響產(chǎn)氫能力。現(xiàn)今實(shí)驗(yàn)及研究中大都采用循環(huán)水浴法或利用安裝在反應(yīng)器進(jìn)液口處的加熱棒來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制的目的[6]，在這些方法中，由于水和培養(yǎng)基會(huì)對(duì)光產(chǎn)生吸收和散射，并且對(duì)于生物膜式反應(yīng)器而言，存在培養(yǎng)基、生物膜及載體傳熱過(guò)程，并未將熱量直接作用于生物膜區(qū)，導(dǎo)致加熱面積大、能耗大、能量利用效率低。

六硼化鑭(LaB6)作為一種類(lèi)金屬等離子體材料，由于其優(yōu)良的電子發(fā)射性能和穩(wěn)定的化學(xué)性能被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電子發(fā)射器件中[7]。同時(shí)，由于LaB6納米顆粒能夠在表面等離子體共振的作用下展現(xiàn)出優(yōu)異的近紅外光熱轉(zhuǎn)換特性，近年來(lái)它在太陽(yáng)能控制薄膜[8]以及癌癥光熱治療方面[9]的應(yīng)用研究也受到越來(lái)越多的學(xué)者的關(guān)注。然而，關(guān)于LaB6納米顆粒在可見(jiàn)光波段內(nèi)的光學(xué)吸收特性和光熱轉(zhuǎn)換性能的研究報(bào)道還很少，同時(shí)還未見(jiàn)有關(guān)基于LaB6納米的光熱轉(zhuǎn)化發(fā)光發(fā)熱生物材料的文獻(xiàn)報(bào)道。

基于可見(jiàn)光分頻利用的思想，用于提高光能有效利用效率，本文采用物理研磨方法制備了不同粒徑的LaB6納米顆粒，研究了不同濃度的分散液中LaB6納米顆粒的吸收光譜和光熱轉(zhuǎn)換性能。在此基礎(chǔ)上，制備了LaB6-殼聚糖溶膠以改善LaB6納米顆粒的生物兼容性，分別研究了LaB6-殼聚糖溶膠和薄膜的吸收光譜和光熱轉(zhuǎn)換性能，預(yù)測(cè)了采用LaB6-殼聚糖作為生物載體時(shí)周?chē)锬さ臏囟惹闆r。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 材料

LaB6粉末(325目，約44 μm，純度99.5%)、殼聚糖(脫乙酰度為85%，分子量為1.0×106～3.0×106)均購(gòu)買(mǎi)自Aladdin Inc. China。其余材料均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。

2.2 LaB6納米顆粒制備

稱(chēng)量8 g LaB6、12 g瑪瑙研磨珠放入研磨罐，置于行星式球磨機(jī)(QM-3SP4J，南大儀器設(shè)備有限公司，中國(guó))分別研磨3，5，9 h，轉(zhuǎn)速為350 r/min。之后將樣品置于80 ℃真空電熱鼓風(fēng)干燥箱(重慶五環(huán)試驗(yàn)儀器有限公司，中國(guó))中干燥12 h。

2.3 LaB6-殼聚糖溶膠及薄膜制備

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的殼聚糖溶膠[10]，用粒徑分別為1 865，760，295 nm的LaB6納米顆粒，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.12%的LaB6-殼聚糖溶膠。

將LaB6-殼聚糖溶膠超聲處理180 min，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的硅烷偶聯(lián)劑，用噴槍均勻噴涂于載玻片表面，隨后將其放入真空電熱鼓風(fēng)干燥箱中，80 ℃干燥4 h。

2.4 光熱轉(zhuǎn)換性能測(cè)試

LaB6納米顆粒光熱轉(zhuǎn)換性能測(cè)試：配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.12%和0.24%的LaB6-乙二醇分散液于3.5 mL玻璃比色皿中，固定熱電偶于比色皿中部位置，并保持不同樣品中測(cè)點(diǎn)一致。實(shí)驗(yàn)光源選擇白色LED光源，光譜范圍為380～780 nm，發(fā)光強(qiáng)度為145.7 W/m2，空白對(duì)照組為乙二醇試劑。

LaB6-殼聚糖溶膠光熱轉(zhuǎn)換性能測(cè)試：配制0.12%的LaB6-殼聚糖溶膠，其余步驟與上述相同，空白對(duì)照組為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%的殼聚糖溶膠。

LaB6-殼聚糖薄膜光熱轉(zhuǎn)換性能測(cè)試：將LaB6-殼聚糖薄膜正對(duì)前述光源固定，熱電偶固定于待測(cè)薄膜樣品中部，并保持各樣品中測(cè)點(diǎn)一致。空白對(duì)照組為普通載玻片。

以上實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次，數(shù)據(jù)點(diǎn)為平均值并附有標(biāo)準(zhǔn)方差。

3 結(jié)果與討論

3.1 LaB6納米顆粒形貌及粒徑

研究表明，LaB6材料的光熱轉(zhuǎn)換性能受到LaB6納米顆粒的粒徑、形狀及分散介質(zhì)的影響[9]。圖1所示為經(jīng)過(guò)3，5，9 h的物理研磨得到的不同粒徑的LaB6納米顆粒的掃描電鏡圖片和粒徑分布。由Dynamic Light Scattering (DLS)測(cè)試結(jié)果可以看出，研磨3，5，9 h的LaB6納米顆粒的平均水力直徑分別為1 865，760，295 nm[11]，粒徑分布范圍分別在458～4 800 nm、396～1 281 nm和255～530 nm之間，與已報(bào)道的相關(guān)文獻(xiàn)中具有良好的近紅外光熱轉(zhuǎn)換能力的LaB6納米顆粒尺寸相符[9]。上述結(jié)果說(shuō)明，隨著研磨時(shí)間的延長(zhǎng)，LaB6納米顆粒的平均水力直徑減小，粒徑分布更加均勻。

圖1 經(jīng)過(guò)3,5,9 h研磨的LaB6納米顆粒的掃描電鏡圖片(a)、(c)、(e)及DLS粒徑分析(b)、(d)、(f)。

3.2 LaB6納米顆粒的吸收光譜和光熱轉(zhuǎn)換性能

從圖2中可以看出，LaB6納米顆粒的吸收光譜均呈現(xiàn)如下特征：在300～510 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，吸收光譜比較平穩(wěn)；在510～650 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，吸光度下降，并在580 nm處達(dá)到波谷；在650～850 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，吸光度平穩(wěn)上升。研究表明，LaB6納米顆粒在300～510 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的高吸光度是由能帶間電子躍遷引起的[12]，而在650～850 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)逐漸升高的吸光度是自由電子的表面等離子體效應(yīng)引起的[13]。因?yàn)檎訚杉t假單胞菌(Rhodoseudomonas palustris)對(duì)于光譜波長(zhǎng)在590 nm附近的光能具有較高的產(chǎn)氫利用率[14]，故而LaB6納米顆粒在510～650 nm范圍內(nèi)的吸光度達(dá)到波谷的特性，可以與其實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。因此，利用該特性可實(shí)現(xiàn)以太陽(yáng)光或白光為光源的光合細(xì)菌產(chǎn)氫培養(yǎng)中光能的分頻利用，提高光能利用效率。

從圖2(a) 中可以看出，隨著LaB6納米顆粒粒徑的減小，它在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的吸光度顯著提高。這是因?yàn)榫w對(duì)于光吸收能力主要集中于晶體表面非常薄的表層內(nèi)，所以LaB6納米顆粒單個(gè)納米顆粒吸光面積減小，但總數(shù)增多，總有效吸光表面積顯著增大，與之相應(yīng)的有效吸光能力顯著提高。對(duì)比圖2(a) 和圖2(b)可以看出，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.12%升高到0.24%后，LaB6納米顆粒分散液的吸光度增大，并且吸光度的增大幅度大致與濃度的增大幅度呈正比。綜上所述，LaB6納米顆粒的吸光度受顆粒尺寸影響顯著。

圖2 LaB6納米顆粒分散液的吸收光譜。 (a) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.12%；(b) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.24%。

Fig.2 Absorption spectra of ethylene glycol dispersion of LaB6. (a) 0.12%. (b) 0.24%.

圖3 LaB6納米顆粒分散液的光熱轉(zhuǎn)換性能。

(a) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.12%；(b) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.24%。

Fig.3 Temperature variations with irradiation time of ethylene glycol dispersion of LaB6. (a) 0.12%. (b) 0.24%.

如圖3(a)所示，在12 min內(nèi)，對(duì)照組和平均粒徑為1 865，760，295 nm的LaB6納米顆粒分散液的溫升分別是2.1，4.9，6.8，9.8 ℃，溫升速率分別是0.18，0.41，0.57，0.82 ℃/min。LaB6納米顆粒分散液的光熱轉(zhuǎn)換性能隨著平均粒徑的減小而顯著增強(qiáng)，由此得出結(jié)論：LaB6納米顆粒的光熱轉(zhuǎn)換能力受顆粒尺寸影響顯著。對(duì)比圖3(a)和3(b)可以看出，當(dāng)LaB6納米顆粒分散液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.12%升高到0.24%時(shí)，分散液的溫升略微升高，其中1865，760，295 nm的LaB6納米顆粒分散液的溫升分別提高了0.7，0.5，1.0 ℃。

這是因?yàn)闈舛容^高的分散液中的LaB6納米顆粒由于遮擋效應(yīng)無(wú)法充分吸收光能，并且隨著與外界環(huán)境溫差的增大，換熱系數(shù)也隨之增大，導(dǎo)致溫度難以進(jìn)一步升高。故后續(xù)實(shí)驗(yàn)只測(cè)試質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12%的LaB6納米顆粒。

3.3 LaB6-殼聚糖溶膠的吸收光譜和光熱轉(zhuǎn)換性能

金屬納米顆粒由于其尺寸小，容易進(jìn)入微生物體內(nèi)，從而導(dǎo)致微生物死亡[15]。殼聚糖具有良好的生物兼容性和可降解性。采用殼聚糖溶膠制備的生物膜載體具有透光度較高、親水性能較好、利于多種細(xì)胞生長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[16]，因此將LaB6顆粒分散在殼聚糖溶膠中，可以在很大程度上提高LaB6納米顆粒的生物兼容性，降低其對(duì)微生物的毒性。

對(duì)比圖2(a)和圖4，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12%的LaB6-殼聚糖溶膠的吸光度在300～380 nm處顯著升高，并且在300 nm處達(dá)到峰值。這是因?yàn)闅ぞ厶侨苣z在300～380 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有比較強(qiáng)的吸光能力，該波段內(nèi)的吸收光譜相疊加所導(dǎo)致。而在380～850 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸光度并沒(méi)有明顯升高，說(shuō)明LaB6-殼聚糖溶膠可見(jiàn)光透光性能較高，在提供良好的生物兼容性的同時(shí)幾乎不會(huì)損耗光合細(xì)菌可利用的光能。

圖4 LaB6-殼聚糖溶膠的吸收光譜

如圖5所示，在12 min內(nèi)，空白對(duì)照組和1 865，760，295 nm LaB6-殼聚糖溶膠的溫度分別升高了1.5,3.6，5.3，7.9 ℃，溫升速率分別是0.13，0.30，0.44，0.66 ℃/min，說(shuō)明質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.12%的LaB6-殼聚糖溶膠具備優(yōu)良的可見(jiàn)光光熱轉(zhuǎn)換性能。隨著LaB6納米顆粒粒徑的減小，LaB6納米顆粒的光熱轉(zhuǎn)換能力提高，可見(jiàn)LaB6-殼聚糖溶膠的光熱轉(zhuǎn)換性能受顆粒尺寸影響顯著。對(duì)比圖3(a)和圖5可以看出，相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的LaB6分散于乙二醇中具有更強(qiáng)的光熱轉(zhuǎn)換性能，原因主要有兩方面，其一是LaB6納米顆粒在殼聚糖溶膠中的分散程度不如在乙二醇中分散程度均勻，其二是由于殼聚糖溶膠遮擋了少量光能。

圖5 LaB6-殼聚糖溶膠光熱轉(zhuǎn)換性能

Fig.5 Temperature variations with irradiation time of LaB6-chitosan sol

3.4 LaB6-殼聚糖薄膜的吸收光譜和光熱轉(zhuǎn)換性能

為了制備可大規(guī)模應(yīng)用于細(xì)胞固定化技術(shù)的生物載體，我們將LaB6-殼聚糖溶膠涂覆于載玻片表面以制備生物載體，研究了其吸收光譜和光熱轉(zhuǎn)換性能。

對(duì)比圖4和圖6可以發(fā)現(xiàn)，LaB6-殼聚糖薄膜的整體吸光度相比于溶膠狀態(tài)均有較大程度的下降。這主要是膜層比較薄的緣故，同時(shí)也說(shuō)明LaB6-殼聚糖薄膜具有良好的可見(jiàn)光透過(guò)性。而3種粒徑下的LaB6-殼聚糖薄膜中，只有粒徑為295 nm的LaB6-殼聚糖薄膜在510～650 nm波段處有比較明顯的吸收光譜波谷，說(shuō)明LaB6-殼聚糖薄膜在510～650 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸光度的下降特性主要受到LaB6納米顆粒粒徑的影響，粒徑越小，下降趨勢(shì)越顯著。由此得出結(jié)論：LaB6-殼聚糖薄膜的吸光度受顆粒尺寸影響顯著。295 nm的LaB6-殼聚糖薄膜最適合作為光合細(xì)菌生物膜載體。

圖6 LaB6-殼聚糖薄膜的吸收光譜

如圖7所示，空白對(duì)照組和1 865，760，295 nm的LaB6-殼聚糖薄膜在12 min內(nèi)的溫升分別為0.9，2.1， 3.3，4.9 ℃，溫升速率分別為0.08，0.18，0.28，0.41 ℃/min。說(shuō)明LaB6-殼聚糖薄膜具備良好的可見(jiàn)光光熱轉(zhuǎn)換性能。隨著LaB6納米顆粒粒徑的減小，薄膜的光熱轉(zhuǎn)換能力增強(qiáng)。

圖7 LaB6-殼聚糖薄膜的光熱轉(zhuǎn)換性能

Fig.7 Temperature variations with irradiation time of LaB6-chitosan film

并且可以發(fā)現(xiàn)，LaB6-殼聚糖薄膜溫升主要集中在光照前3 min內(nèi)，以295 nm的LaB6-殼聚糖薄膜為例，其12 min內(nèi)的總溫升為4.9 ℃，而前3 min內(nèi)的溫升為3.3 ℃，占總溫升的2/3。這說(shuō)明LaB6-殼聚糖薄膜光熱響應(yīng)迅速，在應(yīng)用于細(xì)胞固定化技術(shù)時(shí)能夠快速調(diào)節(jié)周?chē)锬囟取?/p>

3.5 LaB6-殼聚糖薄膜周?chē)锬さ臏囟阮A(yù)測(cè)

LaB6-殼聚糖生物薄膜材料在應(yīng)用于細(xì)胞固定化時(shí)，傳熱過(guò)程要經(jīng)過(guò)生物膜。本文利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從傳熱學(xué)角度對(duì)LaB6-殼聚糖薄膜周?chē)锬さ臏囟冗M(jìn)行了預(yù)測(cè)。

忽略空氣自然對(duì)流的影響，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12%的LaB6-殼聚糖薄膜的光熱轉(zhuǎn)換效率的計(jì)算公式為：

(1)

其中，c=0.84 J/(g·K)，是載體比熱容；m=5.8 g，是載體質(zhì)量；ΔT1為實(shí)驗(yàn)組溫升值；ΔT0為空白組溫升值；Pρ為功率密度，為145.7 W/m2；t為時(shí)間，t=720 s；A為載體表面積，A=2×10-3m2。計(jì)算可得η295 nm=9.3%,η760 nm=5.6%,η1865 nm=2.8%。

載體表面的生物膜換熱簡(jiǎn)化為表面大平壁換熱模型，傳熱模型如圖8所示。生物材料在光照下表面發(fā)熱量為q；生物膜右側(cè)為培養(yǎng)基，溫度為tf；自然對(duì)流換熱系數(shù)為h；生物膜兩側(cè)的溫度分別為tw1和tw2。

假設(shè)培養(yǎng)光強(qiáng)為14 000 W/m2，材料為295 nm LaB6-殼聚糖，η295 nm=9.3%，生物膜主要成分為90%水，接近10%為蛋白質(zhì)，故生物膜的導(dǎo)熱系數(shù)：

λ=0.9×0.58+0.1×0.1=0.53 W/(m·K)，

(2)

假設(shè)生物膜的厚度δ=150 μm，培養(yǎng)基對(duì)流傳熱系數(shù)h=300 W/(m2·K)，生物膜右側(cè)面換熱過(guò)程為：

q=h(tw2-tf)，

(3)

右壁面溫度為：

圖8 生物膜傳熱模型

(4)

生物膜左面溫度為：

(5)

研究表明，沼澤紅假單胞菌產(chǎn)氫的最適宜溫度為30 ℃附近[17]。當(dāng)采用LaB6-殼聚糖薄膜生物材料、通入的培養(yǎng)基溫度為25 ℃、培養(yǎng)光照強(qiáng)度為14 000 W/m2時(shí)，光合細(xì)菌生物膜表面溫度可達(dá)到約30 ℃，即最適產(chǎn)氫溫度環(huán)境。

4 結(jié) 論

綜上所述，通過(guò)物理研磨方法制備了平均粒徑為1 865，760，295 nm的LaB6納米顆粒，其吸光度和光熱轉(zhuǎn)換性能受顆粒尺寸影響顯著。295 nm的LaB6納米顆粒分散液在12 min內(nèi)的溫升是9.8 ℃，溫升速率是0.82 ℃/min。制備了LaB6-殼聚糖生物材料，295 nm的LaB6-殼聚糖材料在溶膠態(tài)和薄膜態(tài)下12 min內(nèi)的溫升分別是7.9 ℃(0.66 ℃/min)和4.9 ℃(0.41 ℃/min)，具備良好的可見(jiàn)光光熱轉(zhuǎn)換能力，并且它在510～650 nm波長(zhǎng)吸光度較低的特性與沼澤紅假單胞菌的吸收光譜相適應(yīng)。經(jīng)計(jì)算，LaB6-殼聚糖薄膜作為載體時(shí)(培養(yǎng)基溫度25 ℃，光照強(qiáng)度為14 000 W/m2)，生物膜表面溫度可達(dá)產(chǎn)氫最適溫度30 ℃。由于LaB6-殼聚糖材料具有優(yōu)良的透光性、光熱轉(zhuǎn)換性能和光分頻利用特性，在大規(guī)模細(xì)胞固定化培養(yǎng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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李奕杉(1992-)，男，甘肅蘭州人，碩士研究生，2014年于武漢大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，主要從事新能源(生物質(zhì)能)中傳熱、傳質(zhì)、流動(dòng)問(wèn)題及相關(guān)納米材料的研究。

E-mail: liyishan_1@163.com廖強(qiáng)(1965-)，男，福建武平縣人，博士，教授，1993年于重慶大學(xué)獲得博士學(xué)位，主要從事能源與環(huán)境生物技術(shù)的研究。

E-mail: lqzx@cqu.edu.cn鐘年丙(1981-)，男，重慶人，博士，副教授，2013年于重慶大學(xué)獲得博士學(xué)位，主要從事光纖傳感、光纖生物膜材料與微生物能源等方面的研究。

E-mail: pxlb08@cqut.edu.cn

Photo-thermal Biomaterial Based on Lanthanum Hexaboride (LaB6) and Chitosan

LI Yi-shan1,2， ZHONG Nian-bing3*， LIAO Qiang1,2*， FU Qian1,2， HUANG Yun1,2， XIA Ao1,2， ZHU Xun1,2

(1.KeyLaboratoryofLow-gradeEnergyUtilizationTechnologiesandSystems,MinistryofEducation,ChongqingUniversity,Chongqing400044,China; 2.InstituteofEngineeringThermophysics,ChongqingUniversity,Chongqing400044,China; 3.ChongqingKeyLaboratoryofFiberOpticSensorandPhotodetector,ChongqingUniversityofTechnology,Chongqing400054,China) *CorrespondingAuthors,E-mail:pxlb08@cqut.edu.cn;lqzx@cqu.edu.cn

To realize spectral beam splitting technology in the bioprocess of hydrogen production by photosynthetic bacteria (PSB), a luminous exothermic biomaterial based on lanthanum hexaboride (LaB6) and chitosan was fabricated. The absorption spectra and photothermal properties of biomaterial with different LaB6particles were investigated in the visible spectrum. The results show that the biomaterial can transmit the light in the spectrum of 510-650 nm for PSB, and other light energy will convert to heat energy for PSB. In addition, the absorption and photothermal performance of LaB6particles are significantly effected by the particle size. When the average hydraulic diameter of LaB6particles in the biomaterial is 296 nm, the rate of temperature rise is 0.41 ℃/min over 12 min, which is 5.4 times of glass slide.

photosynthetic bacteria; biomaterial; LaB6; photothermal conversion

1000-7032(2017)08-1021-07

2017-01-09；

2017-03-11

國(guó)家自然科學(xué)基金委國(guó)際(地區(qū))合作與交流項(xiàng)目(51561145013)； 國(guó)家自然科學(xué)基金(51406020)； 重慶市博士后科研項(xiàng)目(Xm2015070)； 中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)(106112015CDJXY140003)資助項(xiàng)目 Supported by International Cooperation and Exchanges NSFC(51561145013)；National Natural Science Foundation of China(51406020)； Postdoctoral Research Project in Chongqing(Xm2015070); Fundamental Research Funds for The Central Universities(106112015CDJXY140003)

O482.31

A

10.3788/fgxb20173808.1021