一种新型酶生物燃料电池阳极构建及性能研究

通过酸化碳纳米管(CNTs)和β-环糊精(β-CD)之间的范德华力作用, 实现CNTs的β-CD功能化. β-CD具有内腔疏水、外壁亲水的环状结构, 其内腔容易与二茂铁(Fc)形成稳定的主客体包合结构, 实现Fc在碳纳米管上的高效固载; 再将CNTs-β-CD-Fc复合物与葡萄糖氧化酶(GOD)混合, 采用戊二醛实现酶分子间的交联, 形成GOD/CNTs-β-CD-Fc复合物, 然后将其涂覆到玻碳电极(GC)上, 得到一种新型的酶生物燃料电池阳极(GOD/CNTs-β-CD-Fc/GC). 采用同步热分析法、傅里叶变换红外光谱和透射电子显微镜对所制备的CNTs-β-CD-Fc复合物进行了表征, 采用循环伏安法研究了GOD/CNTs-β-CD-Fc/GC电极对葡萄糖氧化的催化性能. 结果表明: 在同等实验条件下, 没有固载Fc的GOD/CNTs- β-CD/GC电极基本无催化电流, 而GOD/CNTs-β-CD-Fc/GC电极表现出比GOD/CNTs-Fc/GC电极更为优越的电催化性能. 进一步以GOD/CNTs-β-CD-Fc/GC电极或GOD/CNTs-Fc/GC电极为酶阳极, 商用催化剂E-TEK Pt/C电极(E-TEK Pt/C/GC)为阴极, 构建葡萄糖/氧气生物燃料电池(EBFC), 结果表明前者的最大功率密度(33 μW·cm^-2, 0.18 V)几乎是后者的三倍(11.7 μW·cm^-2, 0.16 V). 通过记录开路电位随时间的变化研究了EBFC的稳定性, 以GOD/CNTs-β-CD-Fc/GC电极为阳极的EBFC在连续工作9 h后仍保留了92%的开路电位, 表明该电池具有良好的连续工作稳定性. 我们提出的这种新型生物燃料电池阳极的构造方法, 为构建高性能、高稳定性的葡萄糖/氧气EBFC提供了新的思路.     

中空碳球合成方法及其电化学应用进展

中空碳球由于具有大的比表面积、良好的导电性以及高的化学稳定性等优异性能,现已被广泛地用于电化学储能、电化学催化和电化学传感领域。基于此,本文主要概述了中空碳球的各种合成方法及在电化学领域的研究进展,并对该领域面临的挑战及未来的发展方向进行了讨论。