[发明专利]一种酶生物燃料电池及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及酶生物燃料电池。

背景技术

随着传统的非再生能源的枯竭，当今社会，研究者们都在竭力寻找一种有效的方法将化学能转化为电能，从而缓解日益增长的能源消耗的压力[参见：M.J.Moehlenbrock，S.D.Minteer，Chem.Soc.Rev.2008，37，1188-1196.]。从环境中获取能量驱动电子设备，一直以来都是人类的梦想[参见：C.Pan，Y.Fang，H.Wu，M.Ahmad，Z.Luo，Q.Li，J.Xie，X.Yan，L.Wu，Z.L.Wang，J.Zhu，Adv.Mater.2010，22，5388-5392.]。在20世纪八十年代以及九十年代初，令人神往的“生物燃料电池”开始进入研究阶段，其目标是构建“绿色”、可持续[参见：(a)T.K.Tam，G.Strack，M.Pita，E.Katz，J.Am.Chem.Soc.2009，131，11670-11671；(b)V.Coman，C.Vaz-Dominguez，R.Ludwig，W.Herreither，D.Haltrich，A.L.De Lacey，T.Ruzgas，L.Gorton，S.Shleev，Phys.Chem.Chem.Phys.2008，10，6093-6096.]的电子器件[参见：A.Heller，Phys.Chem.Chem.Phys.2004，6，209-216.]。酶生物燃料电池利用酶电催化，将化学能直接转化为电能[参见：J.W.Gallaway，S.A.C.Barton，J.Am.Chem.Soc.2008，130，8527-8536.]。类似于传统的燃料电池，生物燃料电池将催化剂分别应用于电池的两极，在阳极催化氢失去电子，在阴极采用氧气吸收电子并和氢离子结合生成水[参见：R.F.Service，Science 2002，296，1223.]。相比于传统的燃料电池，酶生物燃料电池存在诸多优势。首先，由于大多数酶生物燃料电池利用纯化的酶作为催化剂，因此一般在生理条件、室温下运行[参见：S.Fishilevich，L.Amir，Y.Fridman，A.Aharoni，L.Alfonta，J.Am.Chem.Soc.2009，131，12052-12053.]。其次，酶生物燃料电池的反应原料为葡萄糖和氧气，产物为葡萄糖酸，这些物质对环境都是无害的[参见：A.Heller，Phys.Chem.Chem.Phys.2004，6，209-216.]，因此这是绿色能源，能够保护环境[参见：Y.Liu，M.K.Wang，F.Zhao，B.F.Liu，S.J.Dong，Chem.-Eur.J.2005，11，4970-4974.]。第三，相比于贵金属催化剂昂贵的价格和有限的储量，酶催化剂来源广泛，并且可以再生。第四，葡萄糖为动植物的产物，可以作为阳极燃料，而氧气在阴极作为氧化剂。因此可以预见，酶生物燃料电池是新一代的能源器件[参见：H.Sakai，T.Nakagawa，Y.Tokita，T.Hatazawa，T.Ikeda，S.Tsujimura，K.Kano，Energy Environ.Sci.2009，2，133-138.]。