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酶型生物燃料电池(EBFCs)是一种绿色的生物能源,可以从周围的环境中获取燃料。它具有的独特优点,使其在可移动能源或者植入式医疗设备、航空等领域都有较大的应用前景。传统的酶型生物燃料电池多在硬质的材料如:玻碳、导电玻璃、金属片上来组建,得到的电池结构复杂、体积大、成本高,限制了酶型生物燃料电池的应用。在柔性基底上构建酶型生物燃料电池不仅可以减小电池的体积,降低电池的成本,更重要的是可以扩大电池的应用,尤其是在植入式医疗设备中的应用。 本研究提出了在无毒、透明、柔软、有弹性、生物相容性好的硅橡胶上构建酶型生物燃料电池,采用多壁碳纳米管(MWCNTs)和壳聚糖(CTS)的复合物作为酶固定材料,以胆红素氧化酶(BOD)作阴极酶,葡萄糖脱氢酶(GDH)作阳极酶,分别考察了构成电池的阴极、阳极及电池的电化学性能。结果显示,碳纳米管和壳聚糖复合物修饰的硅橡胶是良好的酶固定材料,且硅橡胶与碳纳米管和壳聚糖复合物所形成的微环境有利于保持酶的活性。利用该电极材料构建的双室GDH(葡萄糖)/BOD(空气)电池开路电压(OCV)为0.53 V,最大输出功率密度达130μW cm-2,与同类型的电池相比,该电池性能良好。构建的电池还可以直接利用多种饮料做燃料,产生电能,扩大了电池的应用范围。 利用纳米TiO2的光催化特性,构建了TiO2光阳极,考察了它对葡萄糖的氧化能力,并将其与生物阴极结合在一起,组成了单室的光/生物新型电池:TiO2/BOD电池。与GDH/BOD电池相比,该电池的结构简单,开路电压和输出功率均得到了较大的提高。另外,TiO2光阳极由于不涉及生物特性,其稳定性要高于酶电极,因此,TiO2/BOD混合电池的稳定性比单纯的酶型生物燃料电池高。 葡萄糖传感器一直是应用和研究比较热门的一类传感器,本研究在对硅橡胶/MWCNTs-CTS/GDH电极及TiO2光阳极的研究中发现,这两种电极都可以对不同浓度的葡萄糖产生不同的电流响应,有望实现在葡萄糖传感器中的应用。