[發明專利]一種介體型生物燃料電池陽極及其制備方法

有效

• 申請號: 200910085234.X
• 申請日: 2009-06-04
• 公開（公告）號: CN101908630A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 毛蘭群;王尚華;林雨青;張軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01M4/96
• 分類號: H01M4/96;H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;任鳳華

1.一種介體型酶電極，包括基底電極、包覆于所述基底電極上的碳納米材料層、包覆于所述碳納米材料層上的介體層以及包覆于所述介體層上的酶層；其中，所述碳納米材料層由陽離子功能化的碳納米材料組成；所述酶層包括下述a)或b)或c)的物質：a)氧化酶；b)氧化酶、惰性蛋白和交聯劑交聯形成的固定化酶；c)氧化酶、生物高聚物和交聯劑交聯形成的固定化酶。

2.根據權利要求1所述的介體型酶電極，其特征在于：所述碳納米材料為碳納米管、碳納米纖維和碳納米球中的一種或其任意組合；所述陽離子為聚吡咯陽離子、聚苯胺陽離子、咪唑陽離子和吲哚陽離子中的一種或其任意組合；所述介體為[Mo(CN)₈]^3-/4-、[W(CN)₆]^3-/4-、[Fe(CN)₆]^3-/4-和[Os(CN)₆]^3-/4-中的一種或其任意組合。

3.根據權利要求1或2所述的介體型酶電極，其特征在于：所述碳納米材料層中，每平方厘米基底電極上碳納米材料的含量為20～170μg；所述介體層中，每平方厘米基底電極上介體的含量為10～30μg；所述酶層中，每平方厘米基底電極上所述氧化酶的含量為1.4～217.2U。

4.根據權利要求1-3中任一所述的介體型酶電極，其特征在于：所述惰性蛋白為牛血清蛋白、人血清蛋白和白明膠中的一種或其任意組合；所述生物高聚物為纖維素、淀粉、殼聚糖和瓊脂糖中的一種或其任意組合；形成所述固定化酶所用的交聯劑為戊二醛、己二胺、順丁烯二酸酐或雙偶氮苯，優選為戊二醛。

5.根據權利要求1-4中任一所述的介體型酶電極，其特征在于：所述碳納米管、碳納米纖維的直徑為1～500nm，優選為1～10nm，平均長度為0.5～50μm，優選為5～15μm；所述碳納米球的直徑為10～500nm。

6.制備權利要求1-5中任一所述介體型酶電極的方法，包括以下步驟：

1)將權利要求1-5中任一所述的碳納米材料進行連續超聲處理，然后將連續超聲處理后的碳納米材料涂覆于基底電極上，室溫干燥；

2)將經過步驟1)處理的基底電極浸泡于權利要求1-5中任一所述介體的溶液中，10～30分鐘后取出，室溫干燥，形成介體層；

3)將含有下述a)或b)或c)的物質的溶液涂覆于介體層上，室溫干燥，在所述介體層上形成酶層，即得到所述的介體型酶電極；所述a)為氧化酶；b)為氧化酶、交聯劑和惰性蛋白；c)為氧化酶、交聯劑和生物高聚物。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于：所述步驟1)的連續超聲處理在蒸餾水、乙腈或者乙醇中進行。

8.根據權利要求6或7所述的方法，其特征在于：步驟1)中將碳納米材料涂覆于基底電極上的方法：用碳納米材料的溶液進行涂覆，所述碳納米材料溶液的濃度為2mg/ml，使每平方厘米基底電極上碳納米材料的量為20-170μg。

9.根據權利要求6-8任一所述的方法，其特征在于：步驟3)中將含有a)或b)或c)的物質的溶液涂覆于介體層上時，每平方厘米基底電極使用含有如下用量的混合溶液：酶溶液中含有100～1900U/mL的氧化酶溶液14.2～114.3μL、質量分數為0.5～10％的惰性蛋白溶液或者生物高聚物溶液14.2～85.7μL、質量分數為0.5～6％的交聯劑溶液7.1～57.1μL。

10.權利要求1-5中任一所述的介體型酶電極作為生物燃料電池陽極的應用。