[發明專利]酶生物燃料電池電極及在制備雙室酶生物燃料電池中的應用有效

申請號：	201210560699.8	申請日：	2012-12-20
公開（公告）號：	CN103066305A	公開（公告）日：	2013-04-24
發明（設計）人：	樸金花;呂穩;張秀花;姜建國	申請（專利權）人：	華南理工大學
主分類號：	H01M4/88	分類號：	H01M4/88;H01M4/86;H01M8/16
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摘要：
搜索關鍵詞：	生物燃料電池電極制備雙室酶中的應用
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種電池電極，特別涉及一種酶生物燃料電池電極及在制備雙室酶生物燃料電池中的應用。

背景技術

生物燃料電池是利用酶或者微生物組織作為催化劑，將燃料，如葡萄糖，乙醇等的化學能轉化為電能的一類電池。微生物工作的本質也就是利用其體內的酶進行催化反應，由于微生物燃料電池的研究較為復雜，而酶燃料電池可以提供更高的輸出功率，工作環境也更為溫和，所以，目前酶生物燃料電池為主要的研究方向。葡萄糖是自然界普遍存在的有機物，同時存在于人體內，它可以被葡萄糖氧化酶氧化而運用于的電池的陽極，基于葡萄糖的生物燃料電池在醫學領域，能源領域都有廣闊的應用前景。

酶生物燃料電池按照陰極的不同可以分為單室酶生物燃料電池和雙室酶生物燃料電池。前者是利用空氣中的氧氣作為電子受體。主要優點是體積小，原料便宜。雙室酶生物燃料電池的陰極電子受體根據所用的酶的不同有更多的選擇，相對于傳統的使用化學催化劑作為陰極，生物陰極具有以下優點：①不需要添加化學催化劑或人工媒介體，降低了其構建成本；②不存在化學催化劑失活現象，提高電池穩定性；③陰極的底物廣泛，有廣闊的應用前景。

影響電池性能的一個重要因素是酶的催化效率問題。酶的催化效率主要取決于酶的固定，包括酶固定量，固定的穩定性，酶活性中心與底物之間電子傳遞等。通常的固定化方法大體可概括為四種類型：吸附法（包括物理吸附和離子交換吸附法）、共價偶聯法、交聯法和包埋法。包埋法作為酶固定的一種重要方法，具有以下優點：酶的固定量大，包埋膜種類多，固定牢固，操作簡單。

殼聚糖分子中存在豐富的羥基和氨基，與各種蛋白質的親和力非常強，是一種固定化酶的優良載體。殼聚糖的氨基在適當的pH下容易質子化形成陽離子聚電解質。海藻酸鈉作為天然高分子材料因其安全、環保以及工藝方面的優良性也廣泛應用于酶的固定化中，如固定化脂肪酶、谷氨酰胺轉胺酶等。海藻酸鈉的羧基在水中易離子化成陰離子聚電解質，聚陽離子和聚陰離子可互相吸引形成穩定的聚電解質化合物。利用殼聚糖氨基組與海藻酸羧基組的結合作用可以很好的將酶固定在凝膠網絡中。

納米材料因其特有的特性而廣泛運用于電極的修飾。碳納米管因其獨特的結構、優異的電學和機械性能，成為世界范圍內的研究熱點之一。將碳納米管運用于酶生物燃料電池中，可以很好的改善電極的性能，增大其對酶的吸附量，酶的穩定性，電子的傳導效力等。

發明內容

本發明的首要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種酶生物燃料電池陽極的制備方法。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種酶生物燃料電池電極的制備方法，是以碳紙為電極基板，以海藻酸鈉/碳納米管/殼聚糖復合體系固定酶得到酶生物燃料電池電極；

所述的碳納米管優選短單壁碳納米管或者短多壁碳納米管，直徑為20～30nm，長度為0.5～2μm；

所述的殼聚糖優選分子量在1～5萬道爾頓的殼聚糖，更優選為分子量為3萬道爾頓的殼聚糖；

所述的海藻酸鈉的粘度為1.05～1.15Pa.s；

所述的酶為葡萄糖氧化酶或辣根過氧化物酶；

所述的酶生物燃料電池電極包括陽極和陰極；

所述的酶生物燃料電池電極的制備方法，優選包括以下具體步驟：

（1）將碳納米管放入丙酮溶液中浸泡，過濾，并用蒸餾水清洗；將清洗過的碳納米管置于按體積比3:1配比得到的H₂SO₄/HNO₃混酸溶液中超聲，過濾，用蒸餾水清洗干凈，真空干燥；得到處理過的碳納米管；

（2）將步驟（1）處理過的碳納米管與質量百分比0.5～1.5%的海藻酸鈉水溶液混合，其中，碳納米管和海藻酸鈉按質量比1:1配比；超聲，形成分散均勻的海藻酸鈉/碳納米管復合物分散液；