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中文摘要 直接型生物燃料电池酶催化剂的研究 学生:孙冬梅 (物理化学) 导师:陆天虹 研究员 生物燃料电池作为一种真正意义上的理想绿色环保电源，由于可作为小功率 长寿命的体内植入电源，己成为人们研究的热点课题之一。目前对生物燃料电池 的研究主要集中在间接型生物燃料电池，己取得一定进展。但是间接型生物燃料 电池具有电子传递链长、效率低等弱点，而直接型生物燃料电池有望克服以上缺 点，成为更具研究潜力的新一代生物燃料电池。本文从探索简单、有效的酶固定 方法入手，制备炭载辣根过氧化物酶(HRP).漆酶(Lac).酪氨酸酶(Tyr)作直接型 生物燃料电池的阴极催化剂和炭载葡萄糖氧化酶(GOD)作阳极催化剂。用多种谱 学方法表征了炭载酶催化剂的结构特征和用电化学方法研究了炭载酶的直接电 化学及电催化性能。得到的主要结果和结论如下: 1.以比活性高、稳定、结构清楚、有纯的商品化试剂且价廉的HRP为模型 分子来探索用平衡吸附法将HRP固定到活性炭表面，用Nafon膜加固并修饰到 玻碳(GC)电极上，以期制备得到炭载HRP修饰的GC电极 (HRP-C/GC)。实验结 果表明，炭载HRP能进行准可逆的直接电化学反应，式电位讨)，在50-700mVis 的范围内几乎不随扫速变化，平均值为(-0.362士0.001)V，表观速率常数 (ks)为 (3.410.69)s-.HRP-C/GC电极对H202还原有很好和稳定的电催化活性，表明 固定在活性炭上的HRP能保持其生物活性，而且能稳定数月时间。因此，固定 在活性炭上的HRP有可能用作直接型生物燃料电池的阴极催化剂。由上述结果 可见，用平衡吸附法把HRP固载到活性炭上，并用Nafion膜加固的酶电极的制 备方法具有简单且有效的特点，有可能作为直接型生物燃料电池酶催化剂的制备 方法。 2.用平衡吸附法将Lac和伽 分别固定到活性炭上，发现炭载Lac和Tyr 都能进行准可逆的直接电化学反应，其扩’在10-150mV/、的范围内几乎不随扫速 而变化，分别为一0.166和一0.139V。另外，还发现炭载Lac和升r对OZ的还原有 明显的电催化作用，表明炭载Lac和升r仍能保持它们的生物活性，因而能作直 中文摘要 接型生物燃料电池的阴极催化剂。 3.用平衡吸附法将葡萄糖氧化酶(GOD)固定到活性炭表面，发现炭载GOD 能进行准可逆的直接电化学反应，其扩，在10-200mV/s的范围内几乎不随扫速而 变化，平均值为((-0.46710.002)V;k,值为((1.18士0.59)s1;且其直接电化学反应 是2e+2H的过程。另外，还发现炭载GOD对R-D(+)葡萄糖的氧化有明显的电 催化作用，表明炭载GOD没有发生变性，仍保持其生物活性，所以能用作直接 型生物燃料电池的阳极催化剂。 关键词:直接型生物燃料电池，直接电化学，辣根过氧化物酶，漆酶，酪氨酸酶， 葡萄糖氧化酶 英文摘要 StudyonEnzymeCatalystsofDirectBiofuelCells DongmeiSun(PhysicalChemistry) Directed饰ProfessorTianhongLu Biofuelcell,asareallyandideallygreenenvironmental-protectingpower sources,whichcanruninsidethehumanbo勿withsmallpowerandlonglifetimehas becomeoneofthetopresearchfieldsintherecentyears.Nowadays,thestudies focusontheindirectbiofuelcellsandhaveachievedsomeprogresses.However,the indirectbiofuelcellhasmanydisadvantages,suchaslongelectrontransferchain,low efficiencyetc.Whereas,th