碳納米管基酶生物燃料電池酶電極研究.pdf

1、酶生物燃料電池(EBFC)是一類利用生物催化劑酶將化學能直接轉化為電能的有效裝置。EBFC繼承了傳統(tǒng)燃料電池轉換效率高、環(huán)境友好等特點，并以其原料來源廣泛、成本低、生物相容性好和工作條件溫和等優(yōu)點而備受各國科學家關注，有望用做心臟起搏器、植入型生物傳感器等的電源，具有廣闊的應用前景。EBFC目前存在輸出功率低和壽命短兩大問題，制約其進一步的實際應用。這兩大問題與酶和電子轉移中間體的載體選擇和固定化方法有很大關系，因此尋找合適的載體材料、

2、有效的固定化方法實現(xiàn)酶和電子轉移中間體的固定成為EBFC研究的重點。本論文利用碳納米管(CNTs)與氧化石墨烯(GO)復合物或自制的兩端開口的大內(nèi)徑超短摻氮碳納米管(SNCNTs)來構建酶電極，并系統(tǒng)研究了所構建酶電極和EBFC的各項性能。具體研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　 (1)利用π-π堆積將芘甲醛(PA)修飾到CNTs和GO上，分別制備了PA-CNTs和PA-GO，再利用PA-CNTs和PA-GO上面的醛基分別與氨基二茂

3、鐵(NH2Fc)和葡萄糖氧化酶(GOD)通過希夫堿連接，實現(xiàn)電子轉移中間體Fc和生物催化劑GOD的共固定，得到(Fc-PA-CN Ts/GO D-PA-GO)/GC生物陽極。電化學性能研究表明，該電極與(GOD-PA-CNTs/Fc-PA-CNTs)/GC電極和(Fc-PA-GO/GOD-PA-GO)/GC電極相比，具有更為優(yōu)異的電催化葡萄糖氧化性能。所構建的葡萄糖/O2 EBFC的開路電位（Voc）和短路電流密度(isc)分別為0.7

4、3 V和91.5μA cm-2;在0.29 V時，獲得最大輸出功率密度達21.2μW cm-2。
　　 (2)以高嶺土管為模板，熱解自聚合多巴胺包裹的高嶺土管復合物，制備了兩端開口的大內(nèi)徑超短摻氮碳納米管(SNCNTs)，以Fe(CN)63-/4-電化學探針評價其電子轉移能力。SNCNTs修飾的玻碳電極對雙氧水(H2O2)有較好的電催化還原性能，并可用于H2O2濃度的檢測。利用SNCNTs固定GOD，能促進GOD的直接電化學，構