基于石墨烯构筑纳米结构的酶复合电极的研究

酶生物燃料电池的输出电流密度低成为了制约其发展的关键性因素之一。本申请书将围绕利用石墨烯的修饰物构筑具有纳米结构酶复合电极以及石墨烯的亲水性化学修饰新方法展开系统的研究，研究酶复合电极的纳米结构对电极的传质规律、酶的载量、力学性能等的影响规律。本项目还将采用导电原子力和交流阻抗（AFM-EIS）联用的方法研究离子、电子在酶复合电极中的传输机理，为酶复合电极的优化提供理论依据。通过对电极组分的优化和微观纳米结构的调控，制备出具有一定机械强度和较高电流密度的酶复合电极，而且优化的酶复合电极组装成生物燃料电池，考察电极在不同条件下的电化学性能并评估电极的实际使用寿命。本申请书的实施，将实现石墨烯构筑的纳米结构酶复合电极的可控制备，得到具有原始创新和自主产权的性能优越的酶复合电极的制备方法，推动酶生物燃料电池的进一步发展。

酶生物燃料电池的输出电流密度低成为了制约其发展的关键性因素之一。本研究围绕石墨烯的表面修饰、掺杂，复合新方法以及构筑具有纳米结构酶复合电极展开系统的研究，研究工作首先通过调控石墨烯含氧基团的种类实现石墨烯表面修饰、调控，揭示了石墨烯表界面调控对电催化动力学过程影响规律，同时通过氮掺杂和界面复合对石墨烯材料性能进行调控，研究了其影响规律，构筑了有利于电荷分离与输运的界面与空间协同导电网路，发展了掺杂和复合协同界面调控的新思路。研究了酶复合电极的纳米结构对电极的传质规律、酶的载量、力学性能等的影响规律。本项目采用导电原子力和交流阻抗（AFM-EIS）联用的方法研究了离子、电子在酶复合电极中的传输机理，为酶复合电极的优化提供理论依据。通过对电极组分的优化和微观纳米结构的调控，制备出了具有一定机械强度和较高电流密度的酶复合电极，而且优化的酶复合电极组装成生物燃料电池，考察了电极在不同条件下的电化学性能并评估了电极的实际使用寿命。本申请书的实施，实现了石墨烯构筑的纳米结构酶复合电极的可控制备，得到了具有原始创新和自主产权的性能优越的酶复合电极的制备方法，推动酶生物燃料电池的进一步发展。