过渡金属纳米复合材料模拟酶催化的生物燃料电池研究

Currently, the problem of energy crisis is more and more seriously restricts the development of human society. The large-scale development and utilization of fossil fuels not only causes serious environmental pollution, but also causes climate change and ecological destruction, thus affecting agricultural production. Therefore, developing the green renewable energy not only can satisfy the requirements for energy that human society development, and also has the vital significance for solving a series of problems that restricting the development of human society such as environmental pollution and energy crisis. This project intends to adopt new transition metal nanocomposites such as CuS、Ni2O3、Co3O4、MnS2 and related nanocomposite as a catalyst to replace the traditional biological enzyme, with these nanomaterials to build the electrode interface, to improve the performance of biofuel cell, and to pave a way for constructing the low cost, higher stability and larger energy density biofuel cells. At the same time, the program also will try to explore the novel biofuel cells that can utilize industrial wastewater or sewage as feedstock to generate electricity. These also will provide a choice for developing a green, environmental friendly and economical wastewater treatment technique.

当前，能源危机问题越来越严重地制约着人类社会的发展。石化燃料的大规模开发利用不仅造成了严重的环境污染，而且导致气候变化和生态破坏，从而影响到农业生产。开发绿色可再生能源，不仅能够满足人类社会发展对能源的需求，而且，对制约人类社会发展的诸如环境污染、能源危机等问题的解决也具有至关重要的意义。本项目拟采用以CuS、Ni2O3、Co3O4、MnS2等为基础的纳米复合材料作为催化剂代替传统的生物酶，构建电极界面，开发性能优异的生物燃料电池(BFC)，为制备价格低廉、稳定性更高、能量密度更大的生物燃料电池奠定基础；同时，还将探索构建能够利用工业废水或生活污水发电的新型生物燃料电池，为开创绿色、环保、经济的废水处理技术提供支持。

能源问题越来越严重地制约着人类社会的发展，传统石化燃料的大规模开发利用不仅造成了严重的环境污染，而且导致气候变化和生态恶化。因此，开发绿色可再生能源，不仅能够满足人类社会发展对能源的需求，而且对解决环境污染、能源危机等问题具有至关重要的意义。本项目采用CuS、MoS2、MnS2、CdS、Co3O4、CuO、CeO2等过渡金属硫化物、氧化物以及Ni(OH)2、C3N4、Mo2C等纳米材料构建了一系列对常见有机化合物（葡萄糖、苯酚、对苯二酚、乙醇等）具有良好催化氧化作用的纳米催化剂代替传统的生物酶，借助MWCNTs优异的电化学性能和良好的生物兼容性作为载体修饰构建催化性能突出的电极界面，利用上述一系列纳米酶修饰的电极作为阳极，使之与电沉积的纳米铂电极耦合组成H型电池。所得电化学反应池最大开路电位在0.38-0.87V之间，最大功率密度在0.22-0.70 mW·cm-2范围内。基于该研究项目所开发的性能优异的生物燃料电池，为制备价格低廉、稳定性更高、能量密度更大的生物燃料电池奠定基础；同时，相关研究内容为探索构建利用工业废水或生活污水发电的新型生物燃料电池、开创绿色、环保、经济的废水处理技术提供理论与技术支持。