高能量密度,高输出功率的酶基生物燃料电池的制备及性能研究是目前的研究热点之一,制约酶基生物燃料电池电化学性能的因素主要有两种:酶与电极之间的有效电子迁移;酶自身的配位活性中心的结构以及催化机制的影响有待研究。本文选择了三种含有疏水基芳环或芳杂环的分子与纳米材料机械共混或化学偶联的方式制备纳米复合物,并将其作为固酶载体,以化学偶联,物理吸附或配位络合的方式固定酶分子制备固酶纳米复合物。以滴涂法或化学偶联的方式制备固酶电极,并对其结构与形貌进行表征。采用交流阻抗(EIS)、循环伏安(CV)等方法对固酶电极的电化学性能进行表征。本文研究的主要内容如下:1以苝四羧酸偶联功能化多壁碳纳米管作为固酶载体,与漆酶发生化学偶联,将其固定在纳米复合物表面,研究了漆酶基电极对氧还原的性能,实验结果表明发生在电极表面的反应为薄膜控制型。2采用电化学和光谱学方法,系统地研究了纳米金粒子与聚合物复合包覆的基底电极的结构参数与操作条件对酶催化底物(葡萄糖与氧气)的影响。估算在整个催化循环中各个步骤的速率常数,并通过比较确定速率控制步骤。实验结果表明:以芳香环固定在纳米金粒子表面作为导电载体对实现氧化还原蛋白分子中辅因子与导电基体之间的直接电子迁移起重要作用。纳米复合物与固定的酶分子氧化还原位点之间的络合在促进长期的催化效率方面起双重作用。底物转化为产物的电化学反应为酶基电极整个催化循环过程的速控步骤。3制备了由聚合物和功能化纳米金粒子包覆的酶基电极,以葡萄糖氧化酶和漆酶基电极为基础,组装了无隔膜燃料电池。这种燃料电池即使在人类血清中也有很高的能量密度,酶基燃料电池的催化循环受限于葡萄糖氧化酶活性位点与纳米金粒子之间复杂的相互作用,影响生物阳极上发生的葡萄糖氧化,从而影响氧化还原蛋白催化效率。4将2-羟基-4-氨基-偶氮苯(AZO-1)与氧化石墨烯共价接枝,得到偶氮苯衍生物功能化氧化石墨烯,将其作为固酶载体,与胆红素氧化酶发生化学偶联,研究了胆红素氧化酶基电极的直接电子迁移和催化氧还原性能。胆红素氧化酶具有较好的催化氧还原性能,且纳米材料修饰电极表面发生的反应为扩散控制型。