酶生物燃料电池载体选择及其应用基础研究

酶生物燃料电池（EBFC）是利用酶作为催化剂将化学能转化为电能的装置。由于氧化还原蛋白质和酶通常具有复杂的空间结构，活性中心深埋在它们的肽链中，很难与基底电极进行直接电子传递，从而影响了电池的性能。但使用适当的载体对电极表面进行修饰，可以实现直接的、快速的电子传递。因此，开发稳定性好、成本低、能够有效促进氧化还原蛋白质或酶与基底电极进行直接电子传递的载体成为EBFC发展中的重要课题之一。 本论文主要集中于EBFC中蛋白质或酶载体的选择方面的研究。探讨不同性质的载体，包括半导体电物质、生物相容性物质和导电物质对氧化还原蛋白质或酶的直接电子传递的影响。同时以SiO2纳米粒子为例，探讨了载体促进氧化还原蛋白质直接电子传递的作用机理。通过对不同载体的考察，最终选择了一种合适的材料组装成葡萄糖/O2 EBFC，并考察了EBFC的性能。主要结果如下： 1．将SiO2纳米粒子固定在GC电极上，成功实现了细胞色素c（Cyt c）的准可逆的直接电化学反应，并在这基础上提出双功能机理模型，说明了半导体对氧化还原蛋白质和电极之间的直接电子迁移的影响。 2．发现Cyt c能够在SBA-15膜修饰的电极上实现准可逆的直接电化学反应，并能够对H2O2产生较好的电催化还原效果。 3．以生物相容性物质壳聚糖为载体，分别研究了Cyt c、微过氧化物酶（MP-11）和葡萄糖氧化酶（GOD）的准可逆的直接电化学反应。并发现固载在壳聚糖上的Cyt c和MP-11对H2O2和O2还原有很好的电催化活性，而固载在壳聚糖上的GOD对葡萄糖氧化有很好的电催化活性。 4．以碳纳米管（CNT）为载体，实现了GOD的准可逆的直接电化学反应。并在氧化还原媒介体的作用下实现了其对葡萄糖的电催化氧化。 5．将筛选出的最佳载体组装成葡萄糖/O2 EBFC，分别以葡萄糖氧化酶和漆酶作为阳极和阴极的催化剂，制得有隔膜和无隔膜的EBFC。