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疟疾是由疟原虫引起的疾病。由于被寄生的肝细胞周围没有明显炎症反应，推测红外期不引起宿主临床症状。从疟疾症状发作与疟原虫红内期成熟时间一致情况看，认为系疟原虫在红细胞内摄噬血红蛋白产生代谢产物及疟色素，当裂殖体成熟后胀破红细胞，随同裂殖子一起进入血流，作用于体温调节中枢引起发热及其他有关症状。不同种的原虫裂体增殖时间不一致，因而临床发作周期也不一致，一般间日疟和卵形疟为隔日一次，三日疟隔两天一次，恶性疟由于原虫发育不整齐，遂使发作不规律，且恶性疟原虫的红细胞内期裂体增多在内脏微血管内进行，易致内脏损害。 疟疾的发作还与原虫的数量有关，导致发热所需每立方毫米血内最低原虫数目，称为发热阈值。间日疟为10～500；恶性疟为500～1300；三日疟140。变化幅度与个体的耐受力与免疫力有关。 新近研究认为子孢子侵入肝细胞是子孢子内的分泌物起动，并与肝细胞膜的位点特异粘附主动入侵的过程。裂殖子钻入红细胞也是特异受体介导下完成。机体为清除疟原虫，体液和细胞免疫均参与其过程。尤其是巨噬细胞在疟原虫诱导下产生肿瘤坏死因子（TNF），TNF增强巨噬细胞活性，使吞噬疟原虫，吞噬过程中又促进释放活性氧，活性氧再杀灭疟原虫。另一方面TNF及活性氧又引起机体组织器官的损伤和典型的临床症状。 凶险型疟疾的发病原理 过去提出的栓塞说；炎症说；DIC说均属推测。近年来的深入研究认为系寄生疟原虫的RBC与宿主、内脏血管内皮细胞特异粘附导致微血管床阻塞、组织缺氧，以及免疫活性细胞释放的TNF等细胞活素、活性氧共同作用，造成组织器官严重的病理损害。 病理变化 疟疾的病理变化主要由单核巨噬细胞增生所致。在脾内大量吞噬细胞吞噬含原虫的红细胞、及被原虫破坏的红细胞碎片与疟色素，因而患者脾肿大，肿大的脾脏质硬、包膜厚；切面充血，马氏小体不明显。显微镜下可见大量含疟原虫的红细胞及疟色素；反复发作者网状组织纤维化，因而病愈后脾肿不能缩小。肝脏轻度肿大，肝细胞混浊肿胀与变性，小叶中心区尤甚。Kupffer细胞大量增生，内含疟原虫及疟色素。高疟区患者有脾脏巨大，血清IgM及疟疾抗体升高，但其疟原虫数不多，抗疟治疗有效，称此为热带巨脾综合症(Tropical splenomegaly syndrome)。可能是与遗传有关的异常免疫反应。 贫血 疟原虫破坏红细胞因虫种差异及疟原虫侵犯红细胞的类型不一而不同。恶性疟原虫繁殖迅速，且侵犯不同年龄的红细胞，所以短期内即有10%的红细胞破坏。因而贫血发生早而显著。间日疟常侵犯网织红细胞，受染红细胞不超过2%，故贫血较轻。三日疟原虫侵犯衰老的红细胞，破坏不超过1%，贫血常不显著。事实上红细胞破坏的数量往往几倍于受染红细胞数，这可能是疟原虫的抗原成份沾染了正常红细胞，而导致机体免疫识别有关。恶性疟疾时红细胞大量破坏，发生DIC，可出现溶血性黄疸。 凶险发作可致脑组织充血、水肿；大脑白质内散在出血点、充血；软脑膜显著充血水肿，重者沟回变浅。显微镜下毛细血管充血，内含大量染疟原虫的红细胞及不含虫而聚集的红细胞。还可见环形出血灶、Durcl肉芽肿、局灶性脱鞘和退行性病变。 其它器官如：骨髓、肾、胃肠、肺、心、肾上腺等亦有不同程度的吞噬细胞增生，并可见吞噬有含疟原虫的红细胞和疟色素，毛细血管内有含疟原虫的红细胞，甚者微血管阻塞，内皮脱落、变性坏死等。潜伏期 从人体感染疟原虫到发病（口腔温度超过37.8℃），称潜伏期。潜伏期包括整个红外期和红内期的第一个繁殖周期。一般间日疟、卵形疟14天，恶性疟12天，三日疟30天。感染原虫量、株的不一，人体免疫力的差异，感染方式的不同均可造成不同的潜伏期。温带地区有所谓长潜伏期虫株，可长达8～14个月。输血感染潜伏期7～10天。胎传疟疾，潜伏期就更短。有一定免疫力的人或服过预防药的人，潜伏期可延长。 间日疟（tertian malaria）多急起，复发者尤然。初次感染者常有前驱症状，如乏力、倦怠、打呵欠；头痛，四肢酸痛；食欲不振，腹部不适或腹泻；不规则低热。一般持续2～3天，长者一周。随后转为典型发作。分为三期。 发冷期 骤感畏寒，先为四肢末端发凉，迅觉背部、全身发冷。皮肤起鸡皮疙瘩，口唇，指甲发绀，颜面苍白，全身肌肉关节酸痛。进而全身发抖，牙齿打颤，有的人盖几床被子不能制止，持续约10分钟，乃至一小时许，寒战自然停止，体温上升。此期患者常有重病感。 发热期 冷感消失以后，面色转红，紫绀消失，体温迅速上升，通常发冷越显著，则体温就愈高，可达40℃以上。高热患者痛苦难忍。有的辗转不安，呻呤不止；有的谵妄，撮空，甚至抽搐或不省人事；有的剧烈头痛．顽固呕吐。患者面赤．气促；结膜充血；皮灼热而干燥；脉洪而速；尿短而色深。多诉说心悸，口渴，欲冷饮。持续2-6小时，个别达10余小时。发作数次后唇鼻常见疱疹。 出汗期 高热后期，颜面手心微汗，随后遍及全身，大汗淋漓，衣服湿透，约2～3小时体温降低，常至35.5℃。患者感觉舒适，但十分困倦，常安然入睡。一觉醒来，精神轻快，食欲恢复，又可照常工作。此刻进入间歇期。 整个发作过程约6～12小时，典型者间歇48小时又重复上述过程。一般发作5～10次，因体内产生免疫力而自然终止。 多数病例早期发热不规律，可能系血内有几批先后发育成熟的疟原虫所致。部分病人在几次发作后，由于某些批疟原虫被自然淘汰而变得同步。 数次发作以后患者常有体弱，贫血，肝脾肿大。发作次数愈多，脾大，贫血愈著。由于免疫力的差异或治疗的不彻底，有的病人可成慢性。 三日疟（quartan malaria） 发作与间日疟相似，但为三日发作一次，发作多在早晨，持续4～6小时。脾大贫血较轻，但复发率高，且常有蛋白尿，尤其儿童感染，可形成疟疾肾病。三日疟易混合感染，此刻病情重很难自愈。 卵形疟(ovale malaria) 与间日疟相似，我国仅云南及海南有个别报道。 恶性疟(subtertian malaria) 起病缓急不一，临床表现多变，其特点： ①起病后多数仅有冷感而无寒战；②体温高，热型不规则。初起进常呈间歇发热，或不规则，后期持续高热，长达20余小时，甚至一次刚结束，接着另一次又发作，不能完全退热；③退热出汗不明显或不出汗；④脾大、贫血严重；⑤可致凶险发作；⑥前驱期血中即可检出疟原虫；无复发。 凶险型疟疾 88.3～100%由恶性疟疾引起，偶可因间日疟或三日疟发生。在暴发流行时5岁以下的幼儿，外来无免疫力的人群发生率可成20倍的增长；即便当地人群，治疗不及时也可发生。临床上可观察患者原虫数量作为监测项目，若厚片每视野达300～500个原虫，就可能发生；如每视野600个以上则极易发生。临床上主要有下列几种类型。 脑型 最常见。其特点：①常在一般寒热发作2～5天后出现，少数突然晕倒起病；②剧烈头痛，恶心呕吐；③意识障碍，可烦躁不安，进而嗜睡，昏迷；④抽搐，半数患者可发生，儿童更多；⑤如治疗不及时，发展成脑水肿，致呼吸、循环或肾功衰竭；⑥查体有脾大，2/3的患者在出现昏迷时肝脾已肿大；贫血、黄疸、皮肤出血点均可见；神经系统检查，脑膜刺激征阳性，可出现病理反射；⑦实验室检查：血涂片可查见疟原虫。腰椎穿刺脑脊液压力增高，细胞数常在50个/ um以下，以淋巴细胞为主；生化检查正常。 胃肠型 除发冷发热外，尚有恶心呕吐、腹痛腹泻，泻水样便或血便，可似痢疾伴里急后重。有的仅有剧烈腹痛，而无腹泻，常被误为急腹症。吐泻重者可发生休克、肾衰而死。 过高热型 疟疾发作时，体温迅速上升达42℃或更高。患者气迫，谵妄、抽搐，昏迷，常于数小时后死亡。 黑尿热 是一种急性血管溶血，并引起血红蛋白和溶血性黄疸，重者发生急性肾功能不全。其原因可能是自身免疫反应，还可能与G—6—P脱氢酶缺乏有关。临床以骤起、寒战高热、腰痛、酱油色尿、排尿刺痛感，以及严重贫血、黄疸，蛋白，管型尿为特点。本病地理分布与恶性疟疾一致，国内除西南和沿海个别地区外，其他地区少见。
（1）红细胞前期，当被感染的雌按蚊叮人时，其唾液中疟原虫的长梭形子孢子随唾液进入人体，随着血流先到肝，侵入肝细胞内，以胞口摄取肝细胞营养（滋养体），逐渐增大，成熟后通过复分裂进行裂体生殖。称为裂殖体，裂殖体也以胞口摄取肝细胞细胞质为营养，然后细胞质随着核而分裂，包在每个核的外边，形成很多小个体，称为裂殖子，当裂殖子成熟后，破坏肝细胞而出，才能侵入红细胞，因此把疟原虫侵入红细胞以前，在肝细胞里发育的时期称为红细胞前期。（病理潜伏期）(2） 红细胞外期，用抗疟药物治疗，红细胞内疟原虫虽被消灭，但外期的疟原虫并没有被消灭，当它们在肝细胞内进行裂体生殖所产生的裂殖子出来以后，侵入红细胞可使疟疾复发，因此为外期的存在是疟疾复发的根源。近些年许多学者认为红细胞外期尚未完全证实，而认为疟疾愈后的复发，是由于子孢子进入人体侵入肝细胞后，一部分立即进行发育，引起初期发病。其余子孢子处于休眠状态，经过一个休眠期，到一定时候休眠的子孢子才开始发育，经裂体生殖形成裂殖子，侵入红细胞后引起疟疾的复发。(3) 红细胞内期，大量裂殖子侵入红细胞，它们首先发育为中央有一空泡、核偏在一侧的环状滋养体（环状体），进一步发育为可伸出伪足的大滋养体，其体内不断沉积出无法利用的血红蛋白分解产物的颗粒沉积在红细胞中，称为疟色素。成熟的大滋养体几乎占满了红细胞，原虫再进行裂体生殖，形成多个裂殖子，裂殖子成熟后，红细胞膜破裂，每个裂殖子则侵入其他红细胞。由于大量红细胞破裂以及裂殖子的代谢产物释放到血液中，引起人生理上的一系列反应，临床表现为高热、寒战交替出现的症状，俗称“打摆子”。由于每个裂殖子进入红细胞内又形成新的裂殖子的周期为 48小时，故称之为间日疟原虫。
对于这样的现象团队用这种特殊的药物来抵抗这种抗药性，最后达到理想的效果吧，团队们都非常努力的去研究。
一方面是由于疟原虫抗药基因的多态性的原因导致很难有一种药物可以针对所有的疟原虫都有用；另一方面就是基因突变产生抗药性。对于疟疾的治疗是否可以采用针对阻止其变异来入手？找到其引起变异的基因，并切断。
是中国科学家屠呦呦发明的！是唯一有效的药物
青蒿素（Artemisinin）是从复合花序植物黄花蒿（Artemisia annua L.，即中药青蒿）中提取得到的一种无色针状晶体，化学名称为（3R,5aS,6R,8aS,9R,12S,12aR）-八氢-3,6,9-三甲基-3,12-桥氧-12H-吡喃〔4,3-j〕-1,2-苯并二塞平-10（3H）-酮。分子式为C15H22O5，属倍半萜内酯，具有过氧键和6-内酯环，有一个包括过氧化物在内的1, 2,4-三呃烷结构单元，这在自然界中十分罕见，分子中包括有7个手性中心，它的生源关系属于amorphane类型，其特征是A，B环顺联，异丙基与桥头氢呈反式关系。制备熔点为156-157℃， [a]D17=+66.3°（C=1.64氯仿）。易溶于氯仿、丙酮、乙酸乙酯和苯，可溶于乙醇、乙醚，微溶于冷石油醚，几乎不溶于水。因其具有特殊的过氧基团，它对热不稳定，易受湿、热和还原性物质的影响而分解。[21]1972年初抗疟有效单体从中药青蒿中分离得到，当时的代号为“结晶Ⅱ”，后改名为“青蒿Ⅱ”，最后定名为青蒿素。1972年3月8日，《用毛泽东思想指导发掘抗疟中草药工作》的报告在"523"计划内部会议上发布。效果虽好，但在批量生产时相关药厂不愿意承担提取药品任务，使得项目组只好把实验室当成了生产车间，而由于乙醚易燃，结果在屠呦呦作报告的当日，由于操作人员不慎而引发大火，这一事故差点使得计划夭折。[6-7] 由于计划时间进度紧张，为了尽早应用于临床，1972年5月计划部分相关研究人员（包括屠呦呦）用自身进行海南昌江青蒿乙醚中性部分临床疗效情况人体试验并获得通过，8月在海南部分地区进行临床试验，在选试的 21 例疟疾患者中， 感染恶性疟或间日疟（subtertian or tertian malaria）者各占半数. 经治疗后， 患者的发热症状可迅速消失， 血中疟原虫的数目锐减；而接受氯喹的对照组患者则无效（个别数据存在争议，也有个别参与人员回忆年份为1973年）。[8-9] 1977和1979年，青蒿素的研究成果在中国《科学通报》与《化学学报》上发表，同年青蒿素的新分子及其报被美国权威的《化学文摘》收录。[10-11] 1979年9月，依国家医药管理总局建议，"523"计划列入各级民用医药科研计划之中，不再另列医药军工科研项目。1981年3月3日-3月6日，"523"计划举行最后一次小组会议；5月该会议纪要下发，"523"计划结束。[12] 1981年10月，世界卫生组织主办的第四届疟疾化疗研讨会在北京召开上，屠呦呦就《青蒿素的化学研究》一题作首位发言，引起与会代表极大的兴趣，并认为“这一新的发现更重要的意义是在于将为进一步设计合成新药指出方向”。在这次报告中，屠呦呦提出应研发复方青蒿素以防止和延缓抗药性出现的设想，但并未受到国际同行的重视，中国开始自行研发复方药物，开发出复方蒿甲醚等系列复方药。2005年，权威医学刊物《柳叶刀》发表文章，指出研究发现使用单方青蒿素的地区疟原虫对青蒿素敏感度下降，这意味着疟原虫有开始出现抗药性的可能，世卫组织开始全面禁止使用单方青蒿素，改用青蒿素的联合疗法（artemisinin combination therapy，ACT），并推荐多种联合治疗， 即每种方案包括青蒿素类化合物， 配以另1 种化学药物。这说明当年中国科学家的预见是对的。[13] 1986年，青蒿素和双氢青蒿素获一类新药证书，1992年获得“全国十大科技成就奖”，1997年获得“新中国十大卫生成就”之一称号。[14-15] 2011年9月，屠呦呦因青蒿素和双氢青蒿素的贡献，获得被誉为诺贝尔奖风向标的拉斯克奖。[16] 2015年10月，屠呦呦因创制新型抗疟药—青蒿素和双氢青蒿素的贡献，“or her discoveries concerning a novel therapy against Malaria”，与另外两位科学家获2015年度诺贝尔生理学或医学奖。[17-18] 2016年，科学杂志《eLife》刊登，德国马克斯普朗克分子植物生理学研究所专家发明了利用COSTREL方法从烟草中大量提取青蒿素的方法。[19-20]抗疟药（antimalarial drugs）是防治疟疾的重要手段。现有抗疟药中尚无一种能对疟原虫生活史的各个环节都有杀灭作用。根据《中华人民共和国传染病防治法》、《中华人民共和国药品管理法》和疟疾防治工作的实际需要，我国制定了《抗疟药使用原则和用药方案（修订稿）》[1] 。代表药物：磷酸氯喹、磷酸伯氨喹、乙胺嘧啶、奎宁、青蒿素、蒿甲醚（蒿乙醚）、青蒿琥酯等
从产品产品类型方面来看，恶性疟原虫血清学诊断占有重要地位，预计2028年份额将达到 %。同时就应用来看，医院在2021年份额大约是 %，未来几年CAGR大约为 %。
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对于临床上使用的大多数抗疟药物，我们对其机制（MoAs）一直难以捉摸。为了减少对抗疟治疗的反应性，我们有必要去更好的理解他们的作用机理（MoAs）和相关耐药性机制。在本研究中，作者采用的细胞热转变分析（CETSA）结合质谱法（MS）对人疟疾的主要致病原恶性疟原虫进行了药物靶向鉴定。验证结果是该方法对叶酸拮抗性乙胺嘧啶和广谱半胱氨酸蛋白酶抑制剂E64d的有效性。随后，作者将MS-CETSA应用于两种重要的抗疟药物奎宁和甲氟喹，发现这两种药物的MoAs特征不明显。之后作者又结合了对P恶性疟原虫裂溶液和完整感染红细胞的研究，发现P恶性疟原虫嘌呤核苷磷酸化酶（PfPNP)是这两种 这两种喹啉类药物的共同结合靶点。之后作者再一次利用重组蛋白进行了生物物理和结构相关研究，证实了这两种化合物都结合在酶的活性位点上。由于奎宁与PfPNP具有较低的纳米分子亲和力；因此其治疗效果很明显。总之，作者证明了对恶性疟原虫实施MS-CETSA是阐明现有的和潜在抗疟药物的MoAs的一项有希望的方法。
疟疾是由热带和亚热带地区疟原虫属原生生物引起的流行传播疾病。在过去的十年中大家通过持续不断的努力去根除疟疾使得全球负担和死亡率大大的减少了。然而, 疟疾仍然是一个重大的健康问题，根据世界卫生组织的估计，仅在2016年便有2.16亿疟疾患者和44500例死亡患者。最近在疟疾控制方面取得的成功主要是有效的控制了媒介和采用了青蒿素联合疗法。然而，蚊子对常用杀虫剂的耐药性的增加和疟原虫对标准ACTs的反应性降低可能会使疟疾发病率在不久的将来大幅度的升高。 绝大多数用于临床上的抗疟药物并没有合理设计来干扰特定的分子靶点，而是根据它们在表型筛选中的强大抗疟特性进行鉴定的。因此对其作用机制（MoAs）的了解在大多数情况下仍处于初级阶段。在所有现有的抗疟药物中，除了青蒿素之外，喹诺宁是临床中使用最广的一类药物奎宁，甲氟喹以及氯喹直到今天还被广泛地运用于临床。尽管氯喹的抗疟作用似乎与抑制寄生虫消化液泡中的红素解毒密切相关，但是其他喹啉类药物的作用机制仍然不清楚。 现今，甲氟喹是ACT配方中的关键的药物，特别是在东南亚使用的甲氟喹仍然是疟疾的重要化学预防剂。上个世纪80年代，东南亚报道了两种药物的耐药性，并且其耐药性与pfmdr1基因复制的增加有关。pfdr1编码一种跨膜转运蛋白pfpGH1, 该转运蛋白被认为有介导药物从细胞质流入到消化液泡作用。这表明甲氟喹/奎宁的分子靶点存在于细胞溶胶中，因此两种药物的MOSA（至少一部分）与氯喹不同。与此一致的是，最近的研究表明，甲氟喹通过与80S核糖体结合来抑制转录，但是到目前为止还没有发现奎宁的具体靶点。
CETSA对恶性疟原虫的适应性 在这项研究中，作者实施并验证了用MS-CETSA来鉴定恶性疟原虫蛋白质组中抗疟药物的直接蛋白质靶标。作者使用体外血液阶段恶性疟原虫寄生虫的细胞裂解物来研究直接药物-靶标相互作用（“裂解物”）。此外，作者还使用了完整的恶性疟原虫感染的红细胞来研究药物-靶标参与和随后的细胞环境中的下游效应（“完整细胞”）。由于红细胞（RBC）细胞质中高丰度的血红蛋白和碳酸酐酶-1，他们会影响MS分析，所以对于细胞内环境，作者使用了恶性疟原虫感染的磁性富集红细胞来进行实验。总的来说，作者采用了两种现有的CETSA数据收集策略变体（图1）:( i）熔解曲线CETSA方法，其中在存在或不存在药物的情况下在10个不同温度下监测蛋白质沉淀; （ii）等温剂量反应（ITDR）CETSA，即在单一温度下用多种药物浓度监测蛋白质稳定化。裂解物和细胞内CETSA数据集的交叉参考提供了辨别直接和间接药物作用的途径之一。 为了首先评估恶性疟原虫蛋白质组在滋养体阶段的融化特性，作者对未经处理的裂解物和完整细胞样品进行熔解曲线CETSA分析，确定蛋白质组范围内蛋白质在37°C至73°C温度范围内的热稳定性（图2A）。因此，作者计算了每个数据集中单个蛋白质熔解温度（Tm;相当于50％蛋白质变性）的分布（图2B）。得出的结果是从裂解物实验中分离的蛋白质表现出明显更高的整体热稳定性。特别地，在裂解物中存在显著更高比例的热稳定蛋白（44％）。因此，为了进一步分析，作者采用了更严格的标准在进行实验研究。作为这些严格标准的结果显示，完整细胞中的平均蛋白稳定性略低（ΔTm= 0.3°C）。这与对人类永生化髓性白血病（K562）细胞进行的类似比较一致。作者还观察到两种熔解曲线实验变体中的许多大蛋白复合物的相关沉淀（图S1），这与最近在人类细胞中描述的热邻近共凝集的概念一致（26）。在这里，作者发现RBC蛋白中的全局Tm分布通常高于恶性疟原虫或K562细胞蛋白质组（图S2）。
基于CETSA的方法用于鉴定恶性疟原虫中的蛋白质药物靶标
为了鉴定恶性疟原虫中的药物 - 靶标相互作用，作者采用了CETSA方案的ITDR变体，使用从熔解曲线实验获得的信息（图2）。相对于非变性条件，ITDR中的靶蛋白参与被认为是响应于在单一温度下药物浓度增加的蛋白质稳定化（参见图1和材料和方法）。使用mineCETSA（一种内部开发的R包）进行数据分析，缩放和药物 - 靶标相互作用的鉴定（参见材料和方法）。 在缺乏关于药物的假定靶标的身份的先验知识的情况下，作者选择ITDR分析的热挑战温度，使得全局蛋白质组被充分取样。因此，对于随后的ITDR分析，作者选择对应于恶性疟原虫蛋白质组的平均Tm的51℃和57℃以解释在完整细胞样品中观察到的蛋白质组的更热稳定部分（图2B）。为了验证完整细胞CETSA中的这种策略，作者研究了E64d的蛋白质靶标参与，E64d是一种广谱半胱氨酸蛋白酶抑制剂，已知与恶性疟原虫蛋白质组中的几种靶标相互作用。得出的结果表明CETSA具有以高度特异性检测疟疾寄生虫蛋白质组中直接药物 - 靶标结合的能力。
甲氟喹和奎宁的晶体结构与PfPNP结合
为了进一步阐明PfPNP的抑制模式，作者分别用1.66和2.30Å的分辨率确定了蛋白质与奎宁和甲氟喹的共晶结构。结构显示两种化合物都结合在PfPNP的活性位点袋中（图6，A和B），这与它们对酶活性的有效抑制一致。在共结晶的PfPNP-奎宁和PfPNP-甲氟喹配合物中观察到的PfPNP折叠高度相似，这表明两种结构之间原子定位的低度可变性[即，Cα原子的均方根偏差（RMSD）为0.2一个]。整体结构也与先前测定的PfPNP-肌苷（RMSD，0.34 /0.41）和PfPNP-ImmH·SO 4（RMSD，0.24 /0.28）的复合物非常相似（图S8）。
疟原虫寄生虫的特征在于结合了动物和植物样特征的独特生物学，因此与其他真核系统相比仍然知之甚少。因此，为研究其他真核系统中的药物活动而开发的研究工具已被用于研究这些原生动物，但效果有限。因此，即使对于临床使用已有数十年的化合物，我们对绝大多数抗疟药物的MoAs的理解仍然不完整。在这里，作者探索了CETSA方法，用于直接在恶性疟原虫细胞中鉴定抗疟疾化合物的蛋白质靶标。 奎宁和甲氟喹似乎具有重叠的MoAs，两种药物的MoAs似乎同时涉及几种生物过程的破坏，但对于奎宁，先前未发现直接的蛋白质靶标。相反，最近提出了甲氟喹与80S核糖体的直接相互作用，导致寄生虫蛋白质合成的减弱。在这里，作者显示奎宁和甲氟喹与疟原虫细胞中的PfPNP相互作用，并且两种药物都具有抑制PfPNP酶活性的能力。虽然奎宁和甲氟喹在最初的基于裂解物的CETSA中表现出与PfPNP相当的热稳定性（奎宁的MDT--0.1μM和甲氟喹的约0.6μM），但在后续研究中，奎宁表现出高达三个数量级的亲和力。对这种酶，奎宁能够以结合常数Ki~140nM抑制PfPNP酶活性，这表明其作为临床相关活性的潜力。 在奎宁和甲氟喹与ImmH的细胞毒性作用之间观察到的拮抗相互作用支持了PfPNP抑制有助于其抗疟活性的观点。然而，虽然immucillins通过同时抑制宿主和寄生虫PNP酶发挥其抗疟作用，但我们没有发现奎宁和甲氟喹与人PNP相互作用的证据。 鉴于新出现的青蒿素抗性，对疟疾的新疗法的需求变得尤为迫切。通过公共和私营部门的共同努力进行的高通量表型筛选测试了数百万种化合物，这些化合物对恶性疟原虫的不同发育阶段产生了数万个活性<1μM的分子。剩下的主要挑战之一是确定最有效化合物的内在分子靶标，同时优先考虑新的化学型。过去几年为恶性疟原虫开发的新技术提高了我们识别和验证候选药物目标的能力。然而，MS-CETSA与用于药物靶标识别的现有工具相比具有几个优点。其在大部分寄生虫蛋白质组中监测与蛋白质靶标的直接生物物理结合的能力同时使其适合于鉴定具有先前未确定的作用模式的化合物的药物靶标。CETSA的无标记原则允许其与选择的寄生虫菌株和标准未修饰化合物一起使用，从而减少合成特殊药物探针所需的时间和成本。我们相信，恶性疟原虫MS-CETSA的开发可以补充现有工具，促进抗疟药物靶点发现工作，并有助于进一步加深我们对寄生虫生物学的理解。
收音机是用“电磁感应”原理接收电磁波信号。通过一个金属体或线圈（也就是天线）将感应到的电磁波转换为电信号，再通过电路的处理和变换，最终转为声音。\x0d\x0aFM:频率调制\x0d\x0aAM：幅度调制 可以简单归纳为三步曲：第一步要接收到相应频率的无线电波，第二步是从无线电波上取出调制在其上的声音信息，第三步为把声音信息还原成人耳能听到的声音。下面我们较详细地来介绍这三个过程：\x0d\x0a\x0d\x0a1. 无线电已与我们人类的工作、生活密不可分，如广播、电视、无线通迅等，可以说我们是生活在无线电波的包围中。用于无线广播的无线电频率是非常众多的，一个频率对应一个电台的一套广播节目，而一台收音机一次也只能收听一个频率的广播节目。这就提出了一个最基本的要求：收音机应能有选择性地接收无线电波的能力。事实上，收音机首先靠其本身配置的天线将各种频率的无线电波接收进来，然后通过一个具有选择功能的电路来择取听众所需收听的电台频率，此时自然就要将其它频率的无线电波滤掉。这一选择过程就是我们常说的选台，书名应称之谓调谐。 \x0d\x0a\x0d\x0a2. 在接收到我们所需收听的电台高频电波后，下一步就是把"搭载"在电波上的声音信息取下来，前面我们已说过，这个"搭载"过程叫调制，那么现在把声音信号取下来则称为解调。解调是通过特别设计的电子线路来完成的。调制的方式有调幅和调频两种，相对应的，解调的方式或采用的电子线路也是不相同的。需要说明的是，从天线上直接接收到的无线电信号是非常微弱的，在通过调谐电路后还需经过放大电路放大到一定幅度才能送往解调电路。\x0d\x0a\x0d\x0a3. 从无线电波上解调出来的声音信息此时还是一种幅度很低的电信号，我们人耳是听不到的，还需用功率放大电路将其放大，再通过喇叭或耳机才能还原成我们真正能听到的声音。
收音机原理就是把从天线接收到的高频信号经检波（解调）还原成音频信号，送到耳机变成音波。由于广播事业发展，天空中有了很多不同频率的无线电波。如果把这许多电波全都接收下来，音频信号就会象处于闹市之中一样，许多声音混杂在一起，结果什么也听不清了。为了设法选择所需要的节目，在接收天线后，有一个选择性电路，它的作用是把所需的信号（电台）挑选出来，并把不要的信号“滤掉”，以免产生干扰，这就是我们收听广播时，所使用的“选台”按钮。选择性电路的输出是选出某个电台的高频调幅信号，利用它直接推动耳机（电声器）是不行的，还必须把它恢复成原来的音频信号，这种还原电路称为解调，把解调的音频信号送到耳机，就可以收到广播。自制收音机的方法：矿石收音机：首先准备一些材料，需要高阻耳机阻值在2000欧左右，也可以用舌簧喇叭，一段电线（做天线用）一个检波管（矿石检波管或者A2P9管）一个线圈，一个可变电容250pf左右。接下来就是制作过程：第一步：作天线，在离地面水平架设一条长大约25米长的电线，电线的两端要与架设无绝缘，避免信号泄漏，第二步：在电线中间接一条引线与你的线圈的一头连接，线圈的另一头接地线，第三步：把可变电容与线圈并联，第四步：然后把检波管的一端连在线圈接天线的一端上，检波管的另一端联在耳机的一端上耳机的另一端与线圈接地线的一端相连，第五步：带上耳机调动可变电容，就可以收听到不同电台。当然只是附近几个比较强的电台，如果想改变你的收听效果，还可以与耳机并联一个滤波电容。
简介[编辑本段]过去俗称 半导体 （东北俗称 匣子）超外差式收音机：是指输入信号和本机振荡信号产生一个固定中频信号的过程。如果把收音机收到的广播电台的高频信号，都变换为一个固定的中频载波频率（仅是载波频率发生改变，而其信号包络仍然和原高频信号包络一样），然后再对此固定的中频进行放大，检波，再加上低放级，就成了超外差式收音机。这种接收机中，在高频放大器和中频放大器之间须增加一级变换器，通常称为变频器，它的根本任务是把高频信号变换成固定中频。而由于中频频率（我国采用465千赫）较变换前的高频信号（广播电台的频率）低，而且频率是固定的，所以任何电台的信号都能得到相等的放大量。另外，中频的放大量容易做得比较高，而不易产生自激，所以超外差式收音机可以做得灵敏度很高。由于外来电台必须经过“变频”变成中频频率才能通过中频放大回路，所以可以提高收音机的选择性。一般的超外差式收音机组成方框图如图1所示。主要构造[编辑本段]一、变频级从图1中可以看出，超外差式收音机的变频级包括混频器和本机振荡器两个部分。接收天线收到的高频调幅信号经调谐输入回路的选择，送入变频级的混频器。本机振荡器（由变频级本身产生一个等幅的高频信号）产生的高频等幅振荡电流也送入混频器。通常本机振荡的频率高于外来信号的频率，而且高出的数值要保持一定值，即中频频率。两种信号在混频器中混频的结果，产生一个新的频率信号，也就是混频器的根本功用是把输入信号的载波频率同本机振荡器的载频频率进行差拍在其输出端得到一个“差频”信号，即“中频”信号。这就是“外差作用”。我国收音机中频频率规定为465千赫。465千赫的差频信号仍属高频范围，只是因为它比外来信号的载波频率低，才称为“中频”信号。外来的高频调幅信号，经过变频以后只是变了载波频率，要求原来信号的调制规律不能改变，仍然调制在新的中频信号，所以变频级输出的中频信号仍然是调幅信号。如图2所示的变频电路是本实验套件的收音机线路中的变频电路。现对此电路工作过程叙述如下：Lab是绕在磁性棒上的线圈，Lab、Ca、Cat组成了高频调谐回路，Lb、Cb、Cbt、C3组成本机振荡回路。磁性天线接收到的高频调幅信号，经高频调谐回路的选择，由耦合线圈Lcd加到变频管的基极和发射极之间；本机振荡器产生的高频等幅信号（比外来信号频率高一个固定中频）通过C2、C1和R2也加到变频管的基极和发射极之间。我们知道半导体三极管的发射结（发射极和基极之间的P-N结）是非线性元件，所以当外来信号和本机振荡信号加在发射极--基极回路时发生混频，产生了我们需要的差频（465千赫）。我们再通过接在集电极回路中的L3组成的中频谐振回路（俗称中周），将被放大了的中频信号选取出来，由L3次级输出送至中频放大器。为了使本机振荡的频率和调谐回路的高频谐振频率之差始终为一固定中频（465千赫），在改变调谐回路的谐振频率时（选择所要收听的电台时），必须同时调整振荡回路的振荡频率，这叫“统调”。为了简化使用时的调谐手续，在收音机中，上述两个回路是采用一只同轴双连可变电容（Ca、Cb）进行调整的。常用的双连可变电容是等容式的。例如有270PF×2、365PF×2等规格。使用等容双连可变电容时必须在本机振荡回路中的可变电容Cb上并联一个小电容Cbt，适当地选取Cbt，以便使两个回路得到较好的统调，C3是垫振电容用以补偿波段高低端的统调偏差。电阻R1、R2组成偏置电路。L2是中波振荡线圈。L3是“中周”。二、中频放大极中频放大器是超外差式收音机的极其重要的组成部分，中放级的好坏对收音机的灵敏度、选择性和保真度等主要指标有决定性的影响。收音机里的中频放大器其工作频率为465千赫，用谐振回路作负载，这样可大大提高收音机的灵敏度和选择性。本实验套件的收音机中频放大器电路如图3所示。经过变频级变换成465千赫的中频信号通过中频变压器L3耦合至Q2基极，经过Q2放大后由第二只中频变压器L4耦合到Q3进行第二次中频放大，Q3既是第二中放的放大管，又是检波级，经Q3放大后的中频信号利用Q3的be极的PN结的单向导电特性进行检波。R3是第一中放管Q2的偏置电路，C4的任务之一是旁路中频信号；R4、R3、W1是第二中放管Q3的偏置电路。C5、C6是旁路电容，音频信号通过C7耦合到低放级。各极中频放大器之间采用中频变压器进行耦合。由于三极管输出阻抗较低，考虑阻抗匹配，所以电源供给从中频变压器初级中心头接入。同时次级大多数是不调谐的且圈数很少，以便与下一级所接的三极管输入阻抗小的特点相适应。三、检波和自动增益控制在超外差式收音机中，通常采用二极管检波器。在图3中利用Q3的be极单向导电特性作为检波二极管用，C5、C6是中频滤波电容，W1是检波负载，兼音量控制电位器，检波后的音频信号由电位器的滑动臂经隔直电容C7送至低频放大器。收音机在接收强弱不同的电台信号的时候,音量往往相差很大。电台信号过强，甚至引起失真。装上自动增益控制后，就能避免出现这些现象。自动增益控制电路由R3、C4组成。检波后，音频信号的一部分，通过R3送回到第一中放管Q2的基极。由于C4的滤波作用，滤去了音频信号中的交流成分，保留了直流成分。实际上送回到Q2基极的是音频信号中的直流成分。当检波输出的音频信号增大的时候，Q3的IC3增大，Q3的集电极电位就降低，通过R3，就会使Q2的基极电位降低，Q2的集电极电流减小，Q2的放大倍数就会下降，从而保持检波输出的音频信号大小基本不变，这样就达到了自动增益控制的目的。四、功率放大电路本实验套件的收音机功放电路见图4所示：Q4是推动级，它的集电极电流较大，能输出一定的音频功率，推动末级功率放大工作。输入变压器L5起阻抗匹配和倒相的作用，它输出大小相等、相位相反的信号推动三极管Q5、Q6做乙类推挽功率放大。Q5、Q6串联成无输出变压器（OTL）推挽功率放大电路。R7、R8、R9、R10是偏置电阻，使Q5、Q6在没信号输入时，也有一定的集电极电流，用来消除交越失真。由L5次级提供的倒相信号使Q5和Q6交替导通，在Q6的集电极上输出放大了的完整的信号，通过隔直电容C9耦合到扬声器上。五、超外差式六管收音机整机电路分析磁性天线感应来的信号送到谐振回路Lab、Ca中去（参见图2线路标注），将Lab、Ca调谐在接收的信号频率上，其它干扰信号相应地被抑制。然后通过Lcd的耦合将高频信号送到变频级Q1的基极。变频级的振荡电压通过C2注入Q1的发射极。Lb、Cb组成振荡回路，反馈是由Lc来实现的，因此，这是一个振荡电压由发射极注入，信号由基极注入的变频级。R1、R2是偏置元件，C1作高频旁路之用。经变频之后，信号变换成465千赫的中频信号，由谐振于465千赫的中频变压器L3取出送至由Q2组成的第一中频放大级。第一中放级加有自动增益控制，由R3、C4组成，C4是一个容量较大的电解电容器，其主要作用是滤除检波后的音频电流。经过Q2放大后的中频信号由L4取出后送到第二中频放大级。R4、R3、W1是第二中放级的偏置电阻，C5、C6是旁路电容。经过二级中放后的信号由Q3的be极单向导电特性进行检波。在电位器W1上的音频信号通过C7耦合到Q4组成的前置低放级。检波后的直流分量通过R3加到中频放大器Q2的基极作自动增益控制。Q4放大后的音频信号，经L5送到由Q5、Q6组成的推挽功率放大级，最后输出较大的音频功率推动扬声器发出声音。R5是Q4的偏置电阻；R7、R8、R9、R10是Q5和Q6推挽放大级的偏置电阻。C10、R6、C11组成电源退耦电路；电容C8用来改善音质；Cat、Cbt为双联可变电容器顶端的微调电容；本机的中频变压器L3、L4的谐振电容与中频变压器做在一起，因此，在印刷电路板中不再设计有谐振回路电容的位置；L5是输入变压器，JK是外接耳机插口。
原理：就是把从天线接收到的高频信号经检波（解调）还原成音频信号，送到耳机或喇叭变成音波。
从接收天线得到的高频无线电信号一般非常微弱，直接把它送到检波器不太合适。最好在选择电路和检波器之间插入一个高频放大器，把高频信号放大。
即使已经增加高频放大器，检波输出的功率通常也只有几毫瓦，用耳机听还可以，但要用扬声器就嫌太小，因此在检波输出后增加音频放大器来推动扬声器。高放式收音机比直接检波式收音机灵敏度高、功率大，但是选择性还较差，调谐也比较复杂。
把从天线接收到的高频信号放大几百甚至几万倍，一般要有几级的高频放大，每一级电路都有一个谐振回路，当被接收的频率改变时，谐振电路都要重新调整，而且每次调整后的选择性和通带很难保证完全一样，为了克服这些缺点，当前的收音机几乎都采用超外差式电路。
扩展资料：
被选择的高频信号的载波频率，变为较低的固定不变的中频(465KHz)，再利用中频放大器放大，满足检波的要求，然后才进行检波。在超外差接收机中，为了产生变频作用，还要有一个外加的正弦信号，这个信号通常叫外差信号，产生外差信号的电路，习惯叫本地振荡。
在收音机本振频率和被接收信号的频率相差一个中频，因此在混频器之前的选择电路，和本振采用统一调谐线，如用同轴的双联电容器(PVC)进行调谐，使之差保持固定的中频数值。
由于中频固定，且频率比高频已调信号低，中放的增益可以做得较大，工作也比较稳定，通频带特性也可做得比较理想，这样可以使检波器获得足够大的信号，从而使整机输出音质较好的音频信号。
天线接收到的高频信号通过输入电路与收音机的本机振荡频率（其频率较外来高频信号高一个固定中频，中国中频标准规定为465KHZ）一起送入变频管内混合变频，在变频级的负载回路（选频）产生一个新频率即通过差频产生的中频。
中频只改变了载波的频率，原来的音频包络线并没有改变，中频信号可以更好地得到放大，中频信号经检波并滤除高频信号。再经低放，功率放大后，推动扬声器发出声音。
参考资料来源：百度百科——收音机
地球，是人类共有的家园，是人类生命的摇篮；环境，是人类赖以生存的场所，是生活资料的来源。因此，保护环境的问题，显得尤为重要。在这个信息技术爆炸的时代，层出不穷的科技产品让人眼花缭乱。高科技产品逐渐普及，进入寻常百姓家。然而，在使用产品的同时，我们也在污染着我们的环境。生活中广泛使用的电池：手机、文曲星，照相机，mp3等等，造成了不可估量的环境污染就是其中的一个例子。电池中含有汞、铅、镍、锰等多种重金属，若不经过回收和妥善处理，而将其随意丢弃于自然环境之中，有毒物质便会慢慢从电池中溢出进入土壤或水体之中，再通过食物链入人体中，在人体内长期积累而难以排除，以致损害我们的神经系统，肾脏和骨骼，甚至还能致癌，而生活中，我们常常忽视废旧电池的处理环节。随着电子产品使用的日益增加，电池的消费量迅速增加，对于废旧电池的回收与处理问题自然成了突出的问题。我校在申请“绿色学校”时，专门设置了“可回收”与“不可回收”两种回收箱提醒我，我能为废旧电池回收做点什么？为此我开展了一系列调查。1、关于废旧电池回收难的原因调查。如何才能降低废旧电池对环境的污染，我认为回收废旧电池是关键。而在实际生活中有许多棘手的问题需要解决，其中最主要的是：1、市民缺乏环境意识，电池使用者过于分散，这是造成废旧电池回收难的重要原因。2、政府的宣传和执法力度不强，修理废旧电池技术有限是造成废旧电池处理难的重要原因。首先，对一则引人深思的信息的反思。我从《人民日报》中得知：一位以自费回收废旧电池而闻名的新乡市个体工商户田桂荣，于1999年，在一个偶然的机会，从报纸上发现废旧电池对环境造成的危害，这则消息对她的震动很大，她联想到自己销出的数不清的电池会破坏家乡秀美的山川，从此，回收废旧电池成了她的一项业务。刚一开始没有人主动来送，她就拿出自己做生意赚来的钱，以每节2分钱的价格自费收购，新乡市的中小学校、机关、商店等地，留下了田桂荣宣传保护环境回收废旧电池的身影。为了引起人们对废旧电池的关注，她自费制作了数千面印有“以旧换新、拯救地球”字样的绿色环保小旗以及200多个废旧电池回收箱，放在人多的公共场所。在她的不懈努力下，不少新乡市民加入到回收废旧电池的行列。两三年时间，田桂荣回收的废旧电池达60多吨。 然而让她意想不到的是，废旧电池的处理比回收更难。为了给这些固体污染物找一个理想的“归宿”，田桂荣四处奔波，先是找到当地一家电池厂，该厂技术负责人告诉她，从效益角度看，回收处理1节旧电池比生产3节新电池的成本还高，这家企业不愿干这件事。她又找到省、市环保部门，甚至专程到北京找有关部门咨询。但问来问去，得到的答复都是：“受技术条件限制，目前无法处理”。 一方面，她回收的废旧电池处理不成；但另一方面，市民们送来的废旧电池越来越多。没有办法，她只好一车一车地把废旧电池送到离市区十多公里的乡下老家。目前，她位于新乡县合河乡范岭村的老家那漂亮的两层楼房里，装有废旧电池的纺织袋从屋里堆到院子。 针对她的烦恼，记者采访了新乡市环保局副局长陈奇。这位领导认为，废旧电池中所含重金属污染严重，对此科研部门早有定论。但由于技术条件的限制，对废旧电池的回收、处理和再利用，目前还做得很不够。如果采用混凝土浇注填埋，也有一个选址、建厂的问题，还要进行防渗处理，这需要有充裕的经费支持。无独有偶，中央台在今年暑假也报道了另外一则与田桂荣情境完全相同的新闻。可见,市民缺乏环境意识，这是造成我国当前废旧电池污染问题的重要原因。而政府部门滞后的措施和缺乏应有的处理技术，是造成废旧电池污染问题的另一个重要原因。其次，对引人注目的现实的调查结果的反思。利用节假日，我对温州市区一些公共场所就 “对废旧电池的回收活动”进行调查。调查发现，尽管在温州市区的一些商场、社区和学校已经开展了对废旧电池的回收活动，但由于种种原因，成效不大，回收率仅为1%—2%。我做过以下问卷调查，内容包括年龄，职业，使用电池的态度等。此次活动共发放110份问卷，有效答卷90份。具体如下：年龄（岁） 10~20 20~30 30~40 40~45 45~55 55以上 人数 18 25 16 12 11 8 职业 学生 教育界 政府机关 企事业单位 服务业 其他 人数 38 8 2 16 14 12 使用率（平均一星期） 1~3节 3~5节 5~7节 7节以上 使用的电池（节） 83 4 2 1 购买电池的地方 超市 附近小店 路边小摊49 34 7对电池危害的认识 很大 一般 不大 不知道34 42 11 3此外，对本人居住小区附近的调查表明：有收购废旧电池习惯的有25人，对于听说过收购废旧电池活动的有15人。他们中对于开展这种活动的态度积极的有33人。这些数据表明，人们还没有完全形成回收旧电池的观念，有一部分人对于回收废旧电池的观念还不是很强，也可以说是环保意识还不强！其次，我们的政府部门也没有做好这方面的工作—对废旧电池的危害认识还不强，我们的宣传力度还不够。为了做更深入的研究，我针对消费者喜欢购买便宜电池的心态，对“便宜电池”的“便宜”亲身实验了一回：在一些商场的出租柜台或街头的小地摊上，常常会看到那些所谓的“便宜电池”，花个十元钱，你就可以随便买15、16节了。这个价格比品牌电池便宜多了，因此买得人也很多。凭着好奇心，我分别从商场买来“双鹿电池”和从地摊上买来“人人抢购”的便宜电池。在相同的时间里，分别进行放电实验。一天内，同样用于手电筒的放电，“双鹿电池”的电量还有剩余，而那个便宜电池的电量早就没了。结果表明，这些所谓的便宜货，其实并不是货真价实的。而消费者只看表面现象：便宜，不过本质：污染，人为地增加了废旧电池污染。因为：全国现在每年电池的消费量为140亿节，如果大量使用假冒伪劣的便宜电池，就会多增加两个140亿节的废旧电池！而在国家还没有妥善的办法处理之前，劣质电池购买越多，污染就会越严重。为此，我呼吁有关生产便宜电池的厂家应立即停止生产，多生产和开发出一些无污染且电量足的电池来！我提醒电池消费者：请购买无污染的电池，或者买个充电电池。调查表明：国产充电电池的价格为13元一只，进口的也只要15元一只。虽然价格高一些，但可以反复充电200次至500次，平均使用一次的价格每节只有几分钱，比便宜电池更为便宜，比普通的电池更持久，更耐用，更重要的是更有利于保护人类环境不受污染。不要为了一点“利益”而破坏环境，得不偿失啊！2、解决电池回收难的问题的几点建议：我们认为废旧电池回收问题的解决应该统筹兼顾：提高人们的环境意识是基础，制定完备的法律法规，加大有关政府部门的宣传和执法力度是保障，加速废旧电池资源再生利用技术的研究是重要条件等。具体做法如下，在公共场合，可适当粘贴一些警示语，提高人们对环境的保护，以尽量少地使用电池，还可开展一些关于回收废旧电池的公益活动，鼓励人们积极参与；政府部门应对那些制造便宜电池的厂商进行教育或者勒令他们停止生产；研制废旧电池再利用技术，通过科学技术，降低废旧电池的再生产利用的生产成本，提高经济效益，从而变废为宝。解决电池的问题，不是一朝一夕的事，更不是单单靠政府部门的努力的。这是我们大家的事！电池问题的解决，也就相当于在环保方面做出了努力。作为中学生，作为21世纪的主人，我们更应该树立环保意识，身体力行，积极加入环保行列，不做破坏环境之事，多做有益环境之事，从回收废旧电池开始，从不买劣质电池做起，为处理废旧电池努力，好好学习有关知识，争取早日研制出处理废旧电池的最佳方式乃至技术，为21世纪的地球，天蓝地绿水常清尽一份责任！最后，我想说的是，地球母亲在呼唤，世界人民在呼唤，社会大家庭在呼唤，为了你的家人，朋友，自己，保护环境，刻不容缓！关注环境，从解决废旧电池问题开始！
原电池 将化学能转变成电能的装置。所以，根据定义，普通的干电池、蓄电池、燃料电池都可以称为原电池。组成原电池的基本条件是：将两种活泼性不同的金属(或石墨)用导线连接后插入电解质溶液中。电流的产生是由于氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行的结果。原电池中，较活泼的金属做负极(又称阳极)，较不活泼的金属做正极(又称阴极)。负极本身易失电子发生氧化反应，电子沿导线流向正极，正极上一般为电解质溶液中的阳离子得电子发生还原反应。在原电池中，外电路为电子导电，电解质溶液中为离子导电。利用原电池的原理，可制作干电池、蓄电池、高能电池等。 原电池中，可分为：一次电池，如干电池等一次性使用的；二次电池：可以反复充电使用的的蓄电池等，以及燃料电池。 原电池原理 以最简单的铜锌原电池为例: 正极:铜棒插在硫酸铜溶液中(形成了Cu2+/Cu氧化还原电对), 负极:锌棒插在硫酸锌溶液中,(形成了Zn2+/Zn氧化还原电对) 两个溶液之间用盐桥(氯化钾饱和溶液)连接,铜棒和锌棒之间用导线连接,这样就构成了原电池. 那么电子就会从负极流向正极,你要问的就是为什么电子要定向流动.不知道你学过标准电极电势的概念没有,这个值是可以通过实验测到的,由于单质锌和锌离子构成的氧化还原电对的标准电极电势比单质铜和铜离子构成的氧化还原电对的标准电极电势小是个负值(规定标准氢电极的电极电势是0),而铜电极是个正值,所以当用导线将两个电极连接起来时,由于两个电极之间电势差的存在,电子会从负极流向负极,而电流的方向是正极流向负极,与电子流动的方向相反,就像我们常说的水往低处流,就是由于高地势与低地势之间存在高度差(地势差),是个自发的过程. 利用标准电极电势还可以知道金属的活泼性,电极电势越小那么金属单质的活泼性越强,我们在化学课上学过,金属有个活动顺序表:钾,钙,钠,镁,铝,锌,铁,锡,铅,氢,铜,汞,银,铂,金;这个表就是根据标准电极电势的值来排列出来的,我们从这个表中可知在氢前的金属单质可以将氢从溶液当中置换出来,刚才说过规定标准氢电极的电极电势是0,所以在氢之前的金属与其阳离子构成的氧化还原电对的标准电极电势是小于0的,而在氢之后的金属其标准电极电势是大于0的. 参考资料：
1.电池回收的尴尬 当许多刚刚懂事的孩子，用小手小心翼翼地把电池放进电池回收箱之时，当北京百所大学联手回收电池的活动搞得如火如荼之时，当民间回收电池热情高涨，一对父女为回收电池，足迹遍布大半个中国、登世界屋脊捡电池赢得无数掌声之时，人们有没有想到，倾注无数人多年心血回收来的电池，都堆积在我国各个城市的某个角落里，几百吨上千吨的电池，默默地等待着处理，却无人理会它们。 在沉睡中腐烂 北京市从1998年开始回收废旧电池，废旧电池回收箱遍布全市。无论哪个回收点，只要回收的电池够了30公斤，打个电话，就会有车去把电池拉到集中存放地点。记者来到北京存放电池的二清集团，这里的一个垃圾站集中存放了几百吨的废旧电池，这些电池大都是一次性干电池，也有相当部分的充电电池。电池分装在七个集装箱中，已经占据了这个公司三分之一的非露天场地。废品站李站长从不同的集装中拿出一些电池，记者看到，这些电池已经开始腐烂了。就连最近收上来的电池，也表皮变软，渗出化学液体。 李站长说：“我们最发愁的是，这么多电池找不到下家！人家学生、市民辛辛苦苦地收集了送来，下边就没有人管了。这么堆放，什么时候是个头儿？这么多年，政府让我们回收电池，我们出车出人又出场地，可不能收上来就这么堆在这儿了呀！企业得讲经济效益。而且这么多电池集中在这儿，是不是也会威胁到工作人员的健康？”李站长说让记者给呼吁一下，赶紧给这些废旧电池找个“婆家”。记者问：“你认为谁来处理最合适？”李站长毫不犹豫地说：“谁污染，谁治理，生产一节电池，就应该交一份处理费！”不过，采访后，李站长还特地说：“要是没企业处理，我们还义务保存。” 网上公布了长长一串上海市回收旧电池的电活，网络满布全市。上海市集中回收电池的一位女士说，上海市3年来已经回收了100多吨旧电池，环保局说要等有条件的时候再处理；海口市环保部门有关负责人说，在无法处理这些回收上来的电池时，暂时存放在垃圾场比较安全的容器中；石家庄市有关部门对回收电池的热情很高，全市有1100个回收点，据说该市电池回收率是10%，高于全国大多数城市水平，目前石家庄的100多吨废旧电池都存放在密封的水泥箱中，里边还衬有塑料薄膜。 记者采访了许多城市的环保部门，都处于集中回收后的等待状况。 收还是不收——电池行业的激烈交锋 针对电池回收，我国电池行业有两派观点正在激烈争论。 一派认为集中回收一次性电池意义不大，在没有条件处理的情况下，集中回收会造成集中污染。一些专家认为，目前回收量最大的干电池，其主要成分是铁、锌、锰，还有微量的汞。这种电池汞含量不高，没有必要集中回收。铅酸蓄电池和对人体健康危害非常大的镍镉电池应该回收。高汞电池中的汞含量只有电池总量的千分之一，随垃圾填埋后，电池里的重金属进入填埋场渗液数量非常小，并不构成污染。而回收处理废旧电池成本过高，从经济角度看无利可图，何况在回收过程中还可能产生二次污染。 中国电池协会有关负责人说，目前我国的一次性干电池已经基本做到低汞化，正在迈向无汞化，随垃圾分散处理不会对环境产生威胁。更应该做的是从生产龙头上消灭污染，即实现无汞化。由于回收一性电池的费用很高，没有经济杠杆刺激企业来回收利用一次性电池，事情很难办。需要回收的是那些对环境污染大的充电电池及铅酸电池。一些专家还举例说目前一些发达国家也不集中回收一次性电池。 环保部门有关负责人认为，既然要达到无汞化，那么对一次性电池的回收不支持也不反对。这种观点，似乎是对目前我国民间回收电池巨大热情颇有意味的嘲讽。 另一种观点认为，无论哪类电池，都必须坚持回收。 这派观点的专家认为，虽然1997年我国轻工总会、国家经贸委等九部委联合发出《关于限制电池汞含量的规定》，要求电池制造企业逐步做到降低电池汞含量，2002年达到低汞水平，2005年达到无汞化。但我国的现状是，绝大部分民用电池是一次性电池，而且电池的无汞化进程并不乐观。据调查，目前我国1000多家电池生产企业中，在中国电池协会注册的仅300多家。虽然大电池企业生产的电池目前都做到了低汞化或无汞化，但大量小企业生产的电池还存在高汞现象。河北省干电池检验站高级工程师张虎说，目前我国电池含汞量参差不齐，有的质量非常好，小于百万分之一；有的极差，高于低汞电池标准的20倍，高于无汞电池标准一万倍。 记者了解到，我国目前能批量生产低汞无汞的大电池厂家还不到15%。不久前国家工商局对电池的一项调查显示，我国市场上的电池有20%达不到标准。所以，用已实现电池无汞化的发达国家不回收一次性电池的经验来套我国现实，还不合国情。有关专家认为电池中不仅汞会造成污染，锌、锰、镉、铅等随生活垃圾腐烂渗入地下，超过一定的限值，也会造成污染。这些有害物质随着食物链进入人体，极大威胁着人的健康。 目前我国垃圾处理方式水平较低，九五期间，我国垃圾年产生量为1.4万吨，处理率为63%，但真正做到无害化处理的不到10%。我国大中城市的近千座垃圾填埋场中，90%仍是简易堆放，这种原始的处理方式极容易造成大面积污染。把废旧电池与生活垃圾一同处理后患无穷。专家认为，大量旧电池都随着垃圾到垃圾场，也是一种集中，怎么就不可能产生污染？北京市政管委会有关负责人郑先生说，把废旧电池集中起来，等有了条件再处理，这样比分散更安全。 从资源利用的角度上，电池回收也得到许多专家的肯定。北京科技大学的曾平荣教授说，目前国内生产的电池中90%以上是干电池，不可能对环境无污染。而且，对这些电池不回收利用也是巨大的资源浪费。3000吨废旧电池可以回收杂锌锭141吨、冶金二氧化锰300吨、铁皮260吨、电解锌181吨、电解二氧化锰340吨、铁皮500吨，价值相当于国家开发两个中型矿山的费用，更何况这些都是不可再生的一次性资源。 我国目前年消费电池80亿只左右，平均回收效率还不到2%，99%都随生活垃圾一起进入了垃圾填埋厂。就是这2%，已经让管理部门处于尴尬处境。 企业不愿干处理废旧电池的赔本事 既然许多环保部门都认为应该谁污染谁治理，那么，从法理上应该承担废旧电池处理的企业怎么想呢？记者采访了一些电池企业。 北京金普电池有限公司有关负责人说，回收处理废旧电池，是赔本的事儿，因为技术设备都不配套，收回来不及时处理，也都烂了。而且，国家对回收处理电池也没有补贴，回收成本太高，现在是市场经济，企业怎么能干无效益的事儿？天津力神电池企业有关负责人说：“我们只卖电池，收电池不是我们的事。”大电池企业大都持以上观点，有的接电话之人甚至不知电池回收之事。 我国有名的废弃物处理公司大连东泰公司说，废旧电池的处理费用太高，做这事没有效益，没有国家优惠政策，谁干谁亏。 有人想当唐吉诃德 当大电池企业都对处理废旧电池不感兴趣时，民营的北京东华鑫馨劳务服务有限公司却建立起了我国第一个，目前也是惟一的一个废旧电池处理厂。 其董事长王自新有“环保狂人”之称。之所以“狂”，就是敢做别人不做之事。王自新在北京建立起了几百个废旧电池回收点，建立了废旧电池回收电话，以至于记者把电话一打到北京市环保局，人家立即就把王自新的电池回收热线电话告诉记者。王自新对记者说，为了对后人负责，他要在废旧电池的产业化上做一番事业，为此现在已经把自己的几百万财产全部投入进去。他说，只有建立废旧电池回收利用的产业链，才能把这个事业进行下去。 王自新说：“大量一次性电池不回收，污染环境不说，还浪费了大量资源。每节电池中含有22%的锌、26%的锰、17%的铁，如果不处理就扔了，等于每年白白把几千万吨的有用原料都扔了，这可是从几万吨矿石中提炼出来的呀！这绝对是个朝阳产业，国营企业不做的事，我们民营企业要做！” 王自新以前学医，深入研究过废旧电池对人体的伤害，后来改做化工企业，又研究过废电池的利用。1999年，他开始了废旧电池回收利用的事业。 王自新走着一条布满荆棘的道路。他的废旧电池回收企业建立在河北易县，虽然技术设备都已经到位，却迟迟开不了工，原因是当地有关部门反对。当地有关部门认为，废旧电池处理企业肯定会产生污染。尽管这个企业的排放条件完全合乎国家标准，也不让生产。王自新曾想迁址，但到哪个地方，一说是废旧电池处理企业，人家就都不让进门了。王自新无奈地说：“不知道我的家到底能落在哪儿！”不过，他没有灰心，正在努力用最新的工艺让企业达到最严格的排放标准，然后争取得到国家环保部门的认证。他说要探索一条中国独特的处理废旧电池之路。 王自新还告诉记者，最近，他正准备在北京办一个电池回收处理企业，吸收下岗人员就业。他解释自己企业名字的含意义：第一个“鑫”字是财源兴盛之意，第二个“馨”是温馨之意。他说要办的是一个社会效益与经济效益双赢，充满人情味儿的企业。 当然，环保企业进入良性循环离不开国家政策支持。 记者问：“如果国家将来出台的政策不鼓励一次性电池集中回收呢？”他说：“那很可怕，因为这就意味着我的原料没有了。” 有税务部门问王自新：“民营企业，没利的事能干长吗？” 王自新说：“我把回收处理废旧电池当成事业。” 他充满激情地对记者说：“我现在就是当代的唐吉诃德，举着长矛冲刺。”他所挑战的，除了复杂的社会环境，还有观念的壁垒。 王自新对废旧电池产业链的每一个链条，都有详细的方案，力图做到让利益机制来运转电池的回收网络。他给北京市长写信说，到2008年，北京市的废旧电池回收率要达到50%。 看看国外怎么做 记者查了一些资料，让我们看看国外如何回收电池。 目前日本、美国和欧洲的锌锰干电池已全部实现了无汞化，对废旧电池的资源化利用主要集中在铅蓄电池和充电电池上。但日本却仍然坚持对一次性电池的回收和再生利用，对一次性电池的再生利用率达到50%左右。有专家认为，发达国家不回收一次性电池，从资源节约上说，也是不可持续发展的行为。 对铅酸电池、镉镍电池的回收。在美国，用户如不把废旧电池交回给制造商、零售商或者批发商，每买一节新的蓄电池要多付3—5美元。所以美国的蓄电池回收率几乎达100%。德国电池条例第6条规定，使用者没有归还废旧电池，销售者可以在售给其新电池时加收15马克的费用。意大利在1998年11月颁布了一项蓄电池回收法律，并根据该法建立了COBAT的联合会，其中50%的成员是再生铅冶炼厂，30%是蓄电池制造厂，10%为废料商，其余为蓄电池零售商。顾客在买蓄电池时要交附加税。瑞典早在1989年就颁布了一项旨在促进电池回收的returbatt计划，要求所有电池零售商回收废电池并对每节铅蓄电池征收35马克朗的税，这使瑞典的电池回收率在1991年就达到了100%。 有专家认为，发达国家不处理一次性电池，这种做法与我国国情不相符，因为目前我国一次性电池在电池消费中所占比重达97%。在吸取发达国家回收电池的经验同时，要结合我国国情才有意义。况且，在我国目前电池回收率如此之低的情况下，普及电池回收知识才是当务之急。 电池回收的尴尬局面，何时才能打破？ 2.近两年，废电池对环境的影响成为国内媒体热门话题之一。有的报道称电池对环境污染很严重，一节电池可以污染数十万立方米的水。有的甚至说废电池随生活垃圾处理可以引起诸如日本水俣病之类的危害，这些报道在社会上引起了很大反响，有很多热爱环保的人士和团体开展或参加了回收废电池的活动。 现在我来为大家介绍一下电池吧：电池是一种将化学能直接转变成电能的装置。它可分为充电池和非充电池。下面我们要研究一下非充电池的结构了，主要分三个层次：一是最外的一层 “ 皮 ” 也是我们所说的壳，二是供反应化学物质，被壳包住，中间的是石墨电极。当化学物质反应之后转变成电能由石墨电极输出在外电路形成回路形成电流：电池就是工作了。非充电池分为：镍氢电池，镍镉电池。 电池再也不能供电了，成了一颗废电池，通常情况下人们就随手一丢，再买过另一颗新的。大多数人会说，这是很正常的哩。但他们没有想到，就在那举手投足之下，也是在破坏他们的家园 —— 地球。也许有人会问： “ 就这么一个小东西对于地球来说，能有什么了不起呢！还说什么破坏？ ” 电池看上去并不那么具有破坏力，但是看东西不能全看表面。废电池里含有大量重金属汞、镉、锰、铅等。当废电池日晒雨淋表面皮层锈蚀了，其中的成分就会渗透到土壤和地下水，人们一旦食用受污染的土地生产的农作物或是喝了受污染了的水，这些有毒的重金属就会进入人的体内，慢慢的沉积下来，对人类健康造成极大的威胁！据测量一节一号电池烂在土壤里，可以使 一平方米 土地失去利用价值；一个扣钮电池可以污染 60 万升水，相当于一个人一生的饮水量。就近全球 50 亿人来计每个月每人丢一颗电池，一年累积下来 600 亿颗电池，对地球的破坏力可说是很大的了，其对人类健康危害造成的后果更难以想象了，据统计，仅 北京市 每年因废电池而进入自然环境的汞竟然达到 29.6 吨，这数目不能不让人头痛。所以废旧电池是不可以随意丢弃的。 同学们,让我们的家园不受废电池的危害吧!
水热法生长二氧化钛纳晶及在染料敏化太阳能电池板的应用1 引言1991 年瑞士学者Gratzel 等在Nature 上发表文章,提出了一种新型的以染料敏化二氧化钛纳晶薄膜为光阳极的太阳能电池，其具有制作简单、成本低廉、效率高和寿命长等优点,光电转换效率目前可以达到11%以上,因此成为新一代太阳能电池的主要研究发展方向[1-4]。染料敏化太阳能电池的光电转换效率的提高要归功于其独特的纳晶多孔薄膜电极，其可以使电子在薄膜中有较快的传输速度，且具有足够大的比表面积，能够吸附大量的染料，并且与染料的能级相匹配。所以因对染料敏化太阳能电池的复杂的作用，许多科学工作者致力于制备功能和性能良好的TiO2 纳晶多孔薄膜电极[5, 6]。在纳晶TiO2 的三种晶型中，锐钛矿相的光电活性最好，最实用于染料敏化太阳能电池中，所以在制备纳晶TiO2 时，金红石相和板钛矿相纳晶应该尽量避免。对TiO2 纳晶的生长，许多研究者开始在水热法中采用有机碱做胶溶剂来制备TiO2 纳晶[7-9]。Yang 用三种有机碱做胶溶剂制备了粒经和形貌不相同的TiO2 纳晶，其结果证明了有机碱的加入对纳晶粒子大小、形貌及表面积等有一定影响[10]。但是，如何制备晶型和形貌都能满足于染料敏化太阳能电池的要求却很少讨论。在本章中，采用水热法基础上，分别使用三种有机碱四甲基氢氧化铵（TMAOH）、四乙基氢氧化铵（TEAOH）、四丁基氢氧化铵（TBAOH）做胶溶剂来制TiO2 备纳晶并应用于染料敏化太阳能电池中并研究了制备条件的不同对纳晶形貌、粒径大小及电池光电性能的影响。2 实验主要药品和仪器钛酸四正丁酯、异丙醇、聚乙二醇20,000、碘、碘化锂、4-叔丁基吡啶（TBP）、OP乳化剂（Triton X-100）（AR，均购于中国医药集团上海化学试剂公司）；敏化染料（cis-[(dcbH2)2Ru(SCN)2]，SOLARONIX SA.）；四甲基氢氧化铵（TMAOH）(25 %)、四乙基氢氧化铵（TEAOH）(20 %)、四丁基氢氧化铵（TBAOH）(10 %) （均购于中国医药集团上海化学试剂公司）；可控温磁力搅拌器（C-MAG HS4，德国IKA）；马弗炉（上海实验电炉厂）；100 W 氙灯（XQ-100 W，上海电光器件有限公司）；导电玻璃基片（FTO，15 Ω/cm2，北京建筑材料研究院）；X 射线粉末衍射仪（XRD） D8-advance(Bruker 公司)；扫描电子显微镜(SEM)S-3500N（日本日立公司)；透射电镜(TEM)JEM-2010(日本)；红外光谱分析仪Nicolet Impact 410 spectrometer；紫外–可见分光光度计UV-Vis 3100 (Shimadzu corporation, Japan)。3 实验部分3.1 纳晶TiO2 的制备根据文献的制备方法[6-11]，把钛酸四正丁酯与等体积的异丙醇混合均匀并逐滴加入到蒸馏水中并不断的搅拌30分钟（[H2O]/[Ti(OBu)4] = 150），过滤并用水和乙醇溶液洗剂2-3次。在强烈搅拌下，把所得到的沉淀加入到pH=13.6的含有有机碱的溶液中，在100 °C搅拌24小时，得到半透明的胶体。将得到胶体装入高压釜（填充度小于80%）。在200 oC水热处理12小时。水热处理后，得乳白色混合物并伴有鱼腥味，这表明有机碱分解为了胺类化合物。将高压釜处理后的TiO2胶体连同沉淀一起倒入烧杯，经50 oC浓缩至原来的1/5，加入相当于TiO2量20%-30%的聚乙二醇20,000及几滴Triton X-100，搅拌至均匀，得稳定的TiO2纳晶浆体。3.2 纳晶薄膜电极的制备将洗净的导电玻璃四边用透明胶带覆盖，通过控制胶带的厚度和胶体的浓度来控制膜的厚度[12]，中间留出约1×1 cm2空隙，将在酸性条件下制备的小粒径的纳晶TiO2胶体用玻片均匀的平铺在空隙中。空气中自然晾干后，在马弗炉中升温至450 ?C热处理30分钟，使TiO2固化并烧去聚乙二醇等有机物，冷却至80 ?C，经过仪器测量，薄膜的平均厚度在6微米左右。将获得的纳晶多孔薄膜浸泡于N3染料溶液中24小时，使染料充分地吸附在TiO2上，取出后用乙醇浸泡3-5分钟，洗去吸附在表面的染料，在暗处自然晾干，即得到染料敏化的纳晶多孔TiO2薄膜电极。首先按上文所述制备纳晶多孔薄膜，制备的薄膜平均厚度在4.5微米左右，将其重新用透明胶带覆盖，把用TMAOH做胶溶剂的条件下制备的大粒径的纳晶TiO2浆体用玻片均匀的平铺在空隙中。空气中自然晾干后，重新在马弗炉中升温至450 ?C热处理30分钟，反射层的纳晶薄膜的平均厚度控制在1.5微米左右，热处理后即得双层纳晶薄膜。浸泡染料后即得双层纳晶薄膜电极。3.3 DSSC 的组装以染料敏化纳晶多孔TiO2薄膜电极为工作电极，以镀铂电极为对阴极[13]，将染料敏化电极与对阴极用夹子固定，在其间隙中滴入以乙腈为溶剂、以0.5 mol/L LiI+0.05 mol/L I2+0.2mol/L TBP为溶质的液态电解质，封装后即得到染料敏化太阳能电池。3.4 光电性能测量采用100 W氙灯作为太阳光模拟器，其入射光强Pin为100 mW/cm2。在室温下进行测量，记录其短路电流ISC和开路电压VOC，并应用公式计算其填充因子ff和光电转换效率η。3.5 表征与分析采用 D8-advance 型X 射线粉末衍射仪测定TiO2 的晶体结构，测试条件为：Cu Kα(λ=1.5405 ?)，电压：40 KV，电流：40 mA。扫描速度:6?/min，扫描范围：10?-80?。采用KBr 压片法测量样品的红外光谱，测试条件：400-4000 cm-1，软件：OMNIC 6.0，扫描次数30 次。采用JEM-2010（日本)型透射电子显微镜(TEM)观察TiO2 纳晶的表面形貌及粒径大小。用紫外-可见分光光度计（UV-3100）测试不同粒径TiO2 纳晶多孔薄膜电极吸附染料的吸光度。TG 的升温速度：10 ℃/min，范围：室温至1000 ℃，测试仪器：SDT 2960 同步DSC-TGA 装置 (USA TA 设备)。4 结果与讨论4.1 有机碱对TiO2 纳晶的形貌和粒径的影响Sugimoto 和他的合作者们研究了影响TiO2 纳晶生长的一些因素，其中pH 的值、有机碱的烷基链的长短、水热的温度以及水热的时间等因素都对TiO2 纳晶颗粒的大小和形貌有很大的影响[14-17]。通过研究发现，四烷基有机碱作为模板来控制TiO2 纳晶的形貌和大小。所以可以使用不同的有机碱来制备适合于染料敏化太阳能电池光电传输的晶型完整并具有较大的比表面积的TiO2 纳晶。是在不同的有机碱做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶的TEM 图，a 图是采用TMAOH 做胶溶剂，b 图是采用TEAOH 做胶溶剂，c 图是采用TBAOH 做胶溶剂。从图中可以看出，在相同pH 值下，不同的有机碱做胶溶剂时，制备的纳晶明显不同，这说明胶溶剂对TiO2纳晶的粒径大小和形貌有很大的影响，而且随着有机碱胶溶剂烷基链的加长，TiO2 纳晶的粒径减小，并且粒子为多面体。当用TMAOH 做胶溶剂时，制备的TiO2 纳晶的粒子多为四方体，颗粒宽12-20 nm，粒子长20-40 nm，如图1a 所示。当用TEAOH 做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶的粒子颗粒不均匀，而且形貌也不规则有多面体形的也有四面体形的，粒子宽度8-10 nm，长度10-25 nm，如图1b 所示。而当有机碱的烷基链长从两个碳原子增加到四个碳原子时，即用TBAOH 用作胶溶剂时制备的纳晶颗粒粒子大小较均匀而且形貌也较规则，多为正方体，粒子大小一般在5nm 左右，如图1c 所示。在TiO2 纳晶的水热生长过程中，有机碱首先是吸附在TiO2 的晶核上，而烷基链的长短不同吸附的能力不同，吸附能力越大则就会阻碍纳晶的生长。研究发现[6]，烷基链越长则有机碱吸附在晶核上的吸附力越大，则会阻碍晶体的生长，所以随着有机碱烷基链的长度的增加，纳晶颗粒在不断的减小；并且研究发现，胶溶剂的浓度不能太大，太大时制备的TiO2 纳晶就会出现严重的团聚现象[10]。4.2 有机碱对TiO2 纳晶晶型的影响是用三种有机碱做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶的XRD 图，a 是制备的TiO2 纳晶经过自然风干后的XRD，b 是制备的三种TiO2 纳晶经过50 °C 热处理30 分钟中后的XRD 图。从图2a 中可以看出，2θ = 25.3°是TiO2 纳晶锐钛矿的特征峰，但是还有一些其它的杂峰，这些杂峰证明是有机胺类化合物的峰。当把制备的纳晶经过450 °C 热处理30 分钟中后，a 图中的杂峰就消失，TiO2 在2q ＝25.3°，37.55°，47.85°，53.75°，55.05°和62.35°的衍射峰的d 值均与标准PDF 卡片锐钛矿型TiO2 衍射峰相符，说明所制备的TiO2 的晶型为锐钛矿，没有金红石相和板钛矿相出现，制备的为纯的锐钛矿相TiO2 纳晶。在传统水热方法中，采用硝酸做胶溶剂，制备的纳晶TiO2 中，含有少量的金红石相和板钛矿相，而这两种的光电性能较差，影响染料敏化太阳能电池的光电转换效率。而用有机碱做胶溶剂制备的TiO2 纳晶可满足染料敏化太阳能电池中对锐钛矿相的要求。随着有机碱烷基链的增加，样品的特征衍射峰宽逐渐变大，并且衍射峰值逐渐减小，这表明制备纳晶颗粒不断减小，这与TEM 的结果一致。4.3 TiO2 纳晶的热稳定性分析是用三种有机碱制备的TiO2 纳晶的红外光谱图，(a) 是制备的纳晶粉末在80 °C 烘干24 小时，(b)是制备的纳晶粉末在450 °C 热处理1 小时，光谱范围是400-4000 cm-1。从红外光谱图可知，三种纳晶红外图谱相近。图3(a)中出现了有机化合物的一些键如C-H, N-H,和O-H 等键，但随着在450 °C 热处理1 小时后，这些化合键就消失了，而TiO2 薄膜的红外谱图中主要有Ti-O-Ti 键伸缩振动峰在500cm-1 附近，没有出现宽的吸收带，如图3(b)所示，这一结果与文献中的结果相一致[7]。这说明在有机碱条件下制备的TiO2 纳晶在经过450 °C后为稳定的锐钛矿相，吸附在其表面的有机物分解完全。从XRD 的结果也可以得出(图 3b)，所有有机化合物在经过450 °C 热处理后都消失完全了，这说明二氧化钛化合物在高于450 °C热处理后，可以晶化为稳定的锐钛矿相TiO2 纳晶。是用有机碱做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶粉末热稳定性的TG 分析。这些纳晶粉末是在105 °C 下烘干24 小时，而没有进行任何热处理的。从图中可以看出，有两个失重过程。第一个过程是100～250 °C 之间的明显失重，可以认为是失去了吸附在纳晶粉末表面的水分子和一些醇。第二个过程是250～400 °C 之间的失重，是因为粉体中吸附的有机物成份的失去。有机物与制备的氧化物之间有很强的键和作用，这些有机物包裹着氧化物，当温度达到400 °C 时，这些键和作用才会消失，有机物完全分解，这说明有机物与纳晶颗粒之间的力结合不是太大不影响纳晶的晶化。另外发现，在不同有机碱胶溶剂下制备的纳晶粉末的失重情况明显不同，在采用TBAOH 做胶溶剂时的失重明显要高于使用TMAOH 做胶溶剂时的，这说明前者表面吸附了更多的有机物。吸附有机物的量不同，表明制备的纳晶粉末的形貌和粒径大小也明显不同[14]，这与TEM 的结果一致，在采用TBAOH 做胶溶剂时制备的TiO2纳晶颗粒较小表面积较大，这就使吸附在纳晶表面的有机物就增多，所以在进行热分解时失重较多；而采用TMAOH 做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶颗粒明显大许多，表面积又小所以吸附的有机物就会减小，所以在热分解时失重较少。从失重量的多少也可以简单分析出制备的纳晶颗粒和形貌的异同。用有机碱做胶溶剂来制备TiO2 纳晶，会对其晶型及其晶型的稳定性有一定的影响。图5 为有机碱TEAOH 做胶溶剂的条件下制备的TiO2 纳晶及其分别在300 °C，500 °C，700 °C，800 °C，900 °C 烧结1 小时样品的XRD 谱图。在TiO2 纳晶的晶型中，峰位于2θ=25.3°是锐钛矿相的特征衍射峰，峰位于2θ=27.4°是金红石相的特征衍射峰。从图中可知，TiO2 纳晶在800 °C 烧结前，晶型没有发生变化。在800 °C 烧结之后，才出现了金红石相晶型，这一结果与Young 等人的研究结果一致[18]。据报道在酸性条件下制备的TiO2 纳晶，在烧结温度达600 °C 时，锐钛矿晶型就开始向金红石晶型转变[19]。而用有机碱TEAOH 做胶溶剂制备的TiO2 纳晶从锐钛矿相向金红石相转变的温度有所提高，这说明用有机碱TEAOH 做胶溶剂制备的TiO2 纳晶热稳定性提高了，这一稳定性说明，可以对锐钛矿型TiO2 纳晶在较高的温度下进行烧结，而不改变其晶型，即没有金红石型纳晶出现。4.4 BET 和吸附染料能力的研究用不同的有机碱做胶溶剂所制备的TiO2 纳晶粉的表面积进行分析，实验得出，在使用有机碱TMAOH 做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶粉的比表面积为66 m2·g-1，但是当使用TEAOH和TBAOH 做胶溶剂时，制备的TiO2 纳晶粉的比表面积为78 m2·g-1 和82 m2·g-1。这一结果与粒径越大比表面积越小相一致，颗粒大小如图1 所示，这说明颗粒越小比表面积越大。研究发现，吸附的染料（RuL2(SCN)2）的多少并不一定随着比表面积的增大而增大。为了研究用于染料敏化太阳能电池测试的TiO2 纳晶多孔薄膜吸附染料的多少，把敏化的电极在5 mL 0.05 mol/L NaOH 溶液中让染料进行脱附，之后对染料的碱性溶液进行吸光度的分析，UV-vis 吸收光谱的结果如图5 所示。图中a、b 和c 三条曲线分别是采用TMAOH、TEAOH和TBAOH 做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶。根据朗伯-比尔定律可知吸光度随浓度增加而增大，结果显示，采用TMAOH 做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶吸收的染料最少，这与比表面积越小吸附的染料越少相吻合，但比其它两种纳晶的吸附量要少很多。虽然采用TBAOH 做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶的比表面积比用TEAOH 做胶溶剂所制备的TiO2 纳晶的比表面积大，但是后者却比前者所吸附的染料多，这里可能的解释就是因其用TBAOH 做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶的颗粒太小还不足10nm，所以用其制备的纳晶多孔薄膜太致密而使得吸附的染料减小。4.5 染料敏化太阳能电池光电性能研究采用有机碱制备的三种不同形貌和粒径大小的TiO2 纳晶，并用其制备了敏化电极应用于染料敏化太阳能电池光电性能的研究，如图6 所示。表1 给出了三种不同电极的所组装的电池的短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率的值。在100 mW/cm2 光照条件下，三种电池的短路电流分别为10.7、13.1、10.4 mA/cm2，开路电压分别为0.779、0.700、0.698V，填充因子分别为0.52?0.62?0.60，光电转换效率分别达到了4.4%?5.67%?4.4%。从实验结果可知，采用有机碱TEAOH 制备的TiO2 纳晶所组装的电池的光电转换效率比其它两种电池的光电转换效率要高。可知，采用有机碱TEAOH 所制备的TiO2 所制备的电池的开路电压要比采用有机碱TMAOH 所制备的TiO2 所制备的电池的要低，但是其电池的短路电流和填充因子都要比其它两种有机碱所制备TiO2 所组装的电池要高。这可能是因为（1）用有机碱TEAOH 所制备的TiO2 纳晶粒经比较适中，制备的多孔薄膜粒子与粒子之间结合比较紧密，这样就提高了电子在薄膜中的传播速度；（2）较其它两种多孔薄膜吸附的染料要多，研究表明吸附的染料的量与所产生的光电流成正比，吸附的染料越多，则产生的光电流越大，用有机碱TEAOH 做胶溶剂所制备的TiO2 多孔薄膜所吸附的染料最多，所以用其所组装的染料敏化太阳能电池的短路电流最高，电池的光电转换效率也达到最好。5 结论本章采用了钛酸四正丁酯为原料，以三种有机碱做胶溶剂来制备TiO2 纳晶，以三种制备的敏化的纳晶多孔薄膜为电极组装了染料敏化太阳能电池，并对其进行了电池光电性能的测试。研究了这三种有机胶溶剂对TiO2 纳晶晶体生长的影响，采用三种不同烷基链的有机碱做胶溶剂制备的纳晶形貌和大小有很大的不同，研究发现，随着烷基链的加长，纳晶的形貌开始变得规整，粒径也减小，但是有机碱的浓度不能太大，浓度过高时，会使制备的纳晶出现团聚，所以在使用有机碱做胶溶剂时，采用的是在pH=13.6 的条件下制备的。通过热稳定性分析发现，吸附在TiO2 纳晶表面的有机碱在450 °C 热处理后，有机物分解完全，这说明在制备纳晶多孔薄膜时，有机物分解完全，多孔薄膜中为纯的TiO2 纳晶。因为三种TiO2纳晶形貌和大小不同所以制备的多孔薄膜吸附染料的量也不相同。实验发现采用有机碱TEAOH 做胶溶剂时制备的TiO2 的敏化电极吸附的染料最多，电池光电性能测试也显示用此TiO2 纳晶制备的电池开路电流达到13.1 mA cm-2，光电转换效率达到5.67%，比其它两种电池的光电转换效率要高，这说明用有机碱TEAOH 做胶溶剂所制备的TiO2 纳晶的形貌和大小比其它两种有机碱胶溶剂制备的TiO2 更适合应用于染料敏化太阳能电池。更多毕业论文请到