生物燃料電池酶電極的研究進展

侯秀璋，馬曉燕，惠昱晨，常 海

（1西北工業大學空間應用物理與化學教育部重點實驗室，陜西省高分子科學與技術重點實驗室，陜西 西安710129；2西安近代化學研究所，陜西 西安 710065）

酶生物燃料電池是直接利用酶進行催化燃料氧化，將生物質化學能轉化為電能的一種裝置，是一種真正意義上的能量轉化率高、生物相容性好、工作環境溫和、原料可再生的綠色能源，并有望應用在疾病診療、環境保護以及航空航天等領域。但酶生物燃料電池由于使用壽命短、功率密度低或輸出電流小等缺點，目前還處于理論研究階段，尚未實現大規模的商業化應用。酶生物燃料電池的效率與酶電極的結構直接相關，其中起決定作用的包括氧化還原酶的特性、電池中電子傳遞方式以及酶在電極上的固定等因素。本文主要對目前文獻報道的生物燃料電池酶電極中氧化還原酶的種類、影響電子傳遞的因素以及酶的固定化等方面的研究進展進行了分析歸納，并提出了今后的發展趨勢。

1 氧化還原酶

在酶生物燃料電池中，酶可以溶解在底物燃料中或是固定在電極上，由于酶在電極上固定可以減少酶的流失提高催化效率，并且受外環境影響小，因此具有更廣泛的應用。圖1是一個單極室葡萄糖-O2生物燃料電池。中介體吡咯并喹啉（PPQ）修飾的葡萄糖氧化酶（GOx）電極作為電池的陽極，固定馬來酰亞胺（COx）修飾的細胞色素氧化酶（Cytc）作為陰極。電池工作時，GOx的輔酶因子FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）穿過酶外殼擴散出來，與固定在電極上的中介體以共價鍵合的方式結合，使葡萄糖最終轉化為葡萄糖酸，產生的電子通過中介體傳遞到電極上，H+擴散到陰極；……