基于金属纳米线阵列的新型生物燃料电池研究

基本信息
批准号:20975020
项目类别:面上项目
资助金额:38.00
负责人:程发良
学科分类:
依托单位:东莞理工学院
批准年份:2009
结题年份:2012
起止时间:2010-01-01 - 2012-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:汪洪,张敏,肖慧娟,宁满侠,蔡志泉,代相成,陈妹琼,苏小欢
关键词:
生物燃料电池金属纳米线阵列催化
结项摘要

本项目首次提出利用导电性金属纳米阵列研制酶生物燃料电池。纳米材料的表面效应和良好的生物相容性,有利于提高生物催化剂酶的吸附能力,并能提高反应的速度;纳米结构有利于改善酶的氧化还原中心与电极之间电子的传递,用于研究酶与电极之间的直接电子转移反应;纳米材料的介入及其不同于块体材料的特性,应用于生物燃料电池的研究,在改善电极结构的同时,可提高催化剂的效率和电池的输出功率。本课题组利用氧化铝模板技术成功制备了Pd及Pd/Pt纳米线阵列,并应用于对有机小分子乙醇、甲醇、异丙醇的电化学催化氧化研究,发现Pd及Pd/Pt纳米线阵列对这些小分子具有很高的催化活性。本项目拟在此基础上,深入开展金属及合金纳米线的催化活性研究,并应用于生物燃料电池的制备研究,探索制备生物燃料电池的新方法,开发出具有高效输出功率的新型生物燃料电池。由于它是一种可再生的洁净能源,其所带来的商业价值和环保价值令人期待。

项目摘要

利用氧化铝模板技术成功制备了直径统一,排列有序及长度可控的钯(Pd)及合金纳米线阵列;基于Pd纳米线阵列构建了一种响应快速、灵敏度高的甲醛传感器,在2 µM~1 mM范围内,响应电流与浓度有很好的线性关系,相关系数为0.9982,检测限是0.5 µM (S/N=3);同时,以Pd纳米线阵列为基底负载纳米金颗粒,用溶胶-凝胶法固定葡萄糖氧化酶于其表面,制备了响应快速、灵敏度高的葡萄糖传感器。实验表明,该传感器对葡萄糖的线性响应范围为5.0×10-5~5.0×10-3,线性相关系数为0.9964,检出限为1.0×10-6mol/L,达到95%稳态电流所用的时间约5 s。分别研究了不同钯合金(Pd-Au,Pd-Ni)纳米线电极对乙醇的电催化活性,结果表明,与Pd纳米线相比,钯合金纳米线对乙醇具有更好的催化活性,展示了两种金属纳米线电催化性能的协同作用;通过自组装技术,用银纳米线固定辣根过氧化酶(HRP),成功制备了HRP/Ag NWs/GCE修饰电极,辣根过氧化酶在电极表面实现了直接电化学。该电极制作简单,用于测定过氧化氢,无需加入任何电子媒介;将Pd纳米线负载Au纳米颗粒复合纳米材料修饰电极负载葡萄糖氧化酶(GOx)作为电池的阳极,Ag纳米线负载辣根过氧化物酶(HRP)作为电池的阴极,组装了一个简易的酶生物燃料电池。结果表明,修饰阴阳极酶生物燃料电池功率密度高于未修饰的电极,表明两种修饰电极均有助于酶与电极间的电子传递。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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