固定化辣根過氧化物酶修飾電極的制備及其在酶生物燃料電池中的應用.pdf

1、生物燃料電池(BFC)分為微生物燃料電池和酶生物燃料電池。由于媒生物燃料電池比微生物燃料電池產電量更高,已作為一類新型能源,成為各國科學家的研究熱點。一直以來,功率問題是影響酶生物燃料電池發(fā)展的瓶頸。通過陽極修飾促進電子轉移,進而提高酶生物燃料電池產電性能,成為當前酶生物燃料電池的研究重點。本論文利用層狀金屬雙氫氧化物(LDH)和多壁碳納米管(MWNT)在固定化辣根過氧化物酶(HRP)的同時,制備出電極陽極,并測定了對酶生物燃料電池產電

2、性能的影響。主要研究包括:
　　 1.采用共沉淀法合成鎳鋁比為3:1的硝酸型鎳鋁層狀雙氫氧化物(Ni-Al-NO3型LDH),并以其為載體將HRP固定化后修飾玻碳(GC)電極,制得HRP/LDH/GC電極。以該電極為陽極構建單室酶生物燃料電池,對酶中心與陽極表面之間的直接電子傳遞及電池的輸出功率進行了研究。X-射線衍射(XRD)和場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)分析表明HRP成功插層到LDH層間,且HRP/LDH具有有序的、均勻多孔

3、結構。采用傅里葉紅外光譜(FTIR)和圓二色光譜(CD)研究了LDH固定化HIRP的構象變化,結果顯示,HRP保持了原有的活性,α-螺旋含量略有減少,而β-折疊含量增加,結合循環(huán)伏安法(CV)、電化學交流阻抗技術(EIS)和極化曲線分析結果表明,正是這種構象變化促進了HRP與電極間的直接電子傳遞。
　　 2.采用層層自組裝技術(LBL)將功能化MWNT修飾到碳紙(TP)電極表面,并制得HRP/MWNT/TP電極。以該電極作為陽極

4、構建了單室酶生物燃料電池。X射線光電子能譜(XPS)和掃描電鏡(SEM)顯示MWNT通過層層自組裝技術成功修飾了碳紙電極,且HRP吸附在了修飾電極表面。通過傅里葉紅外光譜(FTIR)和圓二色光譜(CD)分析,表明與MWNT作用后的HRP仍保持活性,且伴隨著α-螺旋含量降低。根據循環(huán)伏安法(CV)、電化學交流阻抗技術(EIS)和極化曲線分析結果可知,修飾陽極酶生物燃料電池功率密度高于未修飾的TP電極,進而證明MWNT有利于酶生物燃料電池系