[发明专利]一种介体型生物燃料电池阳极及其制备方法

权利要求书

1.一种介体型酶电极，包括基底电极、包覆于所述基底电极上的碳纳米材料层、包覆于所述碳纳米材料层上的介体层以及包覆于所述介体层上的酶层；其中，所述碳纳米材料层由阳离子功能化的碳纳米材料组成；所述酶层包括下述a)或b)或c)的物质：a)氧化酶；b)氧化酶、惰性蛋白和交联剂交联形成的固定化酶；c)氧化酶、生物高聚物和交联剂交联形成的固定化酶。

2.根据权利要求1所述的介体型酶电极，其特征在于：所述碳纳米材料为碳纳米管、碳纳米纤维和碳纳米球中的一种或其任意组合；所述阳离子为聚吡咯阳离子、聚苯胺阳离子、咪唑阳离子和吲哚阳离子中的一种或其任意组合；所述介体为[Mo(CN)₈]^3-/4-、[W(CN)₆]^3-/4-、[Fe(CN)₆]^3-/4-和[Os(CN)₆]^3-/4-中的一种或其任意组合。

3.根据权利要求1或2所述的介体型酶电极，其特征在于：所述碳纳米材料层中，每平方厘米基底电极上碳纳米材料的含量为20～170μg；所述介体层中，每平方厘米基底电极上介体的含量为10～30μg；所述酶层中，每平方厘米基底电极上所述氧化酶的含量为1.4～217.2U。

4.根据权利要求1-3中任一所述的介体型酶电极，其特征在于：所述惰性蛋白为牛血清蛋白、人血清蛋白和白明胶中的一种或其任意组合；所述生物高聚物为纤维素、淀粉、壳聚糖和琼脂糖中的一种或其任意组合；形成所述固定化酶所用的交联剂为戊二醛、己二胺、顺丁烯二酸酐或双偶氮苯，优选为戊二醛。

5.根据权利要求1-4中任一所述的介体型酶电极，其特征在于：所述碳纳米管、碳纳米纤维的直径为1～500nm，优选为1～10nm，平均长度为0.5～50μm，优选为5～15μm；所述碳纳米球的直径为10～500nm。

6.制备权利要求1-5中任一所述介体型酶电极的方法，包括以下步骤：

1)将权利要求1-5中任一所述的碳纳米材料进行连续超声处理，然后将连续超声处理后的碳纳米材料涂覆于基底电极上，室温干燥；

2)将经过步骤1)处理的基底电极浸泡于权利要求1-5中任一所述介体的溶液中，10～30分钟后取出，室温干燥，形成介体层；

3)将含有下述a)或b)或c)的物质的溶液涂覆于介体层上，室温干燥，在所述介体层上形成酶层，即得到所述的介体型酶电极；所述a)为氧化酶；b)为氧化酶、交联剂和惰性蛋白；c)为氧化酶、交联剂和生物高聚物。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤1)的连续超声处理在蒸馏水、乙腈或者乙醇中进行。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：步骤1)中将碳纳米材料涂覆于基底电极上的方法：用碳纳米材料的溶液进行涂覆，所述碳纳米材料溶液的浓度为2mg/ml，使每平方厘米基底电极上碳纳米材料的量为20-170μg。

9.根据权利要求6-8任一所述的方法，其特征在于：步骤3)中将含有a)或b)或c)的物质的溶液涂覆于介体层上时，每平方厘米基底电极使用含有如下用量的混合溶液：酶溶液中含有100～1900U/mL的氧化酶溶液14.2～114.3μL、质量分数为0.5～10％的惰性蛋白溶液或者生物高聚物溶液14.2～85.7μL、质量分数为0.5～6％的交联剂溶液7.1～57.1μL。

10.权利要求1-5中任一所述的介体型酶电极作为生物燃料电池阳极的应用。