[发明专利]一种生物活性石墨烯复合水凝胶电极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种生物活性石墨烯复合水凝胶电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）预先培养生长状态良好的异化金属还原菌、准备分散好的GO水溶液、连接碳布和钛丝制成普通碳布电极并置于样品瓶中；

（2）制备以碳布为基底的生物活性石墨烯水凝胶电极：向样品瓶中加入缓冲溶液，依次加入适量离心后的异化金属还原菌菌泥、GO水溶液、乳酸钠，混合均匀，恒温定时培养；所述异化金属还原菌在缓冲溶液中的OD₆₀₀为0.5-8；所述GO在缓冲溶液中的浓度为0.1-2 g/L；所述乳酸钠在缓冲溶液中的终浓度为1-50 mmol/L；

（3）制备生物活性石墨烯复合水凝胶电极：向步骤（2）得到的混合体系中分别投加水溶性三价铁盐溶液和水溶性硫酸盐溶液，恒温定时培养；

（4）将培养后获得的生物活性石墨烯复合水凝胶电极取出，用无氧超纯水洗涤；

所述生物活性水凝胶电极由细菌辅助合成；所述水凝胶电极呈三维水凝胶状，水凝胶内负载高生物活性细菌；所述水凝胶活菌数达到10⁵ CFU/mL以上；所述细菌包括但不限于奥奈达希瓦氏菌(Shewanella oneidensis MR-1)、硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens)；

所述生物活性水凝胶电极利用异化金属还原菌使GO转化为rGO，预先形成包裹了电活性菌的三维网状交联的水凝胶结构，再利用异化金属还原菌辅助合成FeS纳米颗粒，并使其均匀锚定于三维石墨烯水凝胶结构。

2.根据权利要求1所述的生物活性石墨烯复合水凝胶电极的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述异化金属还原菌包括但不限于奥奈达希瓦氏菌(Shewanella oneidensisMR-1)、硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens)。

3.根据权利要求1所述的生物活性石墨烯复合水凝胶电极的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述缓冲溶液为Tris-HCl缓冲液、PBS缓冲液、MOPS缓冲溶液、HEPES缓冲液、磷酸盐缓冲液中的任一种。

4.根据权利要求1所述的生物活性石墨烯复合水凝胶电极的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述水溶性三价铁盐包括氯化铁、硫酸铁、硫酸铁铵或柠檬酸铁，所述水溶性三价铁盐在混合体系中的终浓度为0.1-10 mmol/L；所述水溶性硫酸盐包括硫酸盐、亚硫酸盐、硫化盐，水溶性硫酸盐的终浓度控制范围0.1-10 mmol/L。

5.根据权利要求1所述的生物活性石墨烯复合水凝胶电极的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）和（3）中所述培养的条件均为：温度4~50 ℃，静置培养8~72 h；所述步骤（3）和（4）均在厌氧条件下进行操作；所述步骤（2）、（3）、（4）均在无菌条件下进行操作。

6.权利要求1~5任意一项所述方法制备的生物活性石墨烯复合水凝胶电极在微生物燃料电池中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述生物活性水凝胶电极直接连接在微生物燃料电池阳极，不需要额外进行微生物接种。