论文部分内容阅读
生物燃料电池是直接或间接利用酶作为电极催化剂的一种燃料电池。它通过生物物质的催化作用将化学能转化为电能。输出功率偏低和使用寿命短是目前生物燃料电池存在的主要缺点。
本论文以酶燃料电池为主要研究目标，从电极材料的选择和设计合成出发，从提高电极的电子转移能力着手，提高生物燃料电池的电性能。研究以壳聚糖为固定酶电极的基体，与电活性材料聚苯胺或碳纳米管复合修饰酶电极，并用双酶电极构建酶燃料电池。
用电化学聚合的方法制备聚苯胺/壳聚糖复合膜。通过壳聚糖与酶分子之间的静电作用以及壳聚糖和酶分子交联得到的固定酶电极，提高酶的保持能力。通过电化学沉积制备的聚苯胺/壳聚糖复合膜修饰的酶电极比单独采用聚苯胺或壳聚糖修饰酶电极具有更好的电化学响应性能。此外还研究了合成条件对酶电极的影响。
研究了过渡金属离子掺杂的聚苯胺在中性溶液下的电化学性能。认为与质子酸掺杂相比，在强酸性溶液中电子转移能力较低，但在弱酸性和中性溶液中电子转移能力较高。通过比较不同pH溶液中过渡金属掺杂的聚苯胺电极发现电极性能基本不受溶液pH值的影响。用过渡金属离子掺杂聚苯胺/壳聚糖复合膜修饰酶电极，与未经过渡金属离子掺杂的电极相比，不仅相应电流提高，而且响应时间缩短。
利用合成的壳聚糖和碳纳米管的接枝产物制备酶电极，由于碳纳米管的存在使电极的电子转移能力提高。用接枝产物的溶液作为电解液代替壳聚糖和碳纳米管的混合溶液制备电沉积壳聚糖/CNTs膜。研究了壳聚糖接枝碳纳米管修饰电极对H2O2的电化学催化行为以及壳聚糖接枝CNTs修饰GOD电极的性能。研究表明，接枝电极能够降低电极过电位，有利于提高响应电流和催化效率。此外，用壳聚糖接枝碳纳米管膜修饰的GOD电极对葡萄糖溶液具有较高的响应电流。
以壳聚糖接枝碳纳米管修饰的漆酶电极作为正极，电化学方法制备的壳聚糖/聚苯胺复合膜修饰的GOD电极作为负极，构成酶燃料电池。研究了酶燃料电池的电压、输出功率等电性能，实验表明用聚苯胺和碳纳米管修饰的酶电极可以用于生物燃料电池中。