以酶为基础的生物燃料电池
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
其中一个最重大的进展，就是生物燃料电池的生物阳极和生物阴 极使用了新的技术，用直接电子转移取代了以前的间接电子转移。 直接传递的好处在于使电子直接从催化剂传递到电极，中间使用 传递媒介的这一问题得到解决。无介体酶生物燃料电池采用导电
聚合物作为酶固定材料 第二关键是延长固定化酶的活性时间。酶是蛋白质，在缓冲液当 中的寿命时间是八小时到两天，尽管固定在电极表面的酶的寿命 可以延长到7到20天。近来，通过把酶封装在胶束聚合物中，可 以使其活性延长到一年以上，这个胶束为酶提供了合适的PH还有 生物可容性的环境，防止其变性
多酶混合电极示意图
生物燃料酶电池的表征
能量密度方程：
这条方程式用于任何的燃料电池，这里有两条清晰的路径来提高能量密度。 首先，不受几何学影响的热力学因素，电池的平衡电极Vcell是由电池化 学决定的，通过分别在阳极和阴极上的氧化和还原反应的选择。第二个 条件，着重在动力学，这里电池内部的电阻Rcell是一个关键参数，决定 在电池反应中的能量密度。 Rcell 涉及的因素很多，包含有电极电荷转 移的阻抗，电极连接，膜电导和电解液传导。
更进一步，根据电极的放置，电池体积等报告电池的几何学是很重要的， 而且如果可能的话，在比较的过程中一直保持固定的几何形态。当在实 验室比较不同阳极和阴极的表现时是特别重要的。在模型学习过程中也 是有很大用途的。一个更有前景的几何学是堆叠电池的设计和图中描述
的样本。
荧光在研究燃料电池中的应用
随着生物传感器和生物燃料电池的发展，电化学已成为最普遍的 方法，特点是：聚合物固定化酶。其他方法，如扫描电子显微镜， 红外光谱， X射线衍射仪，原子力显微镜，小角度中子散射也已 运用到进一步的研究酶-聚合物体系的特点。不过，这些方法都不 能提供的洞察到化学之间的互动，酶和聚合物对双方微观和宏观 尺度，还有一些影响酶空间分布，活力和寿命的因素。 荧光，因为内在敏感性和选择性，成为探测酶-聚合物相互作用的 有力工具。这是因为强度的发射光谱，功能之一是激发波长和探 测周围的微化学环境，既可以是定性的用激光扫描共聚焦显微镜 进行可视化和定量用探测器测量光子。由于这个原因，荧光可以 用来探测各种纳入物和聚合物之间相互作用性质，无论是在溶液 或固体基质，并把酶定位和它们的运动和活力特征化
That’s all, thanks!
用于酶燃料电池电极的多酶阳极
多酶电极是用固定在同一电极上的多种酶催化 连续或同时发生的多个反应。多酶电极扩大了酶燃 料电池可使用燃料的范围 ,提高了输出电流或电压 , 具有单酶电极难以达到的性能。我们可以将这些代谢 路径的多级酶固定在电极的表面或者三维的截留聚合 体。目前，我们尝试将多级酶联固定在一个特定空间 结构的电极表面，这是为了减少传送过程的限制，将 酶固定下来有利于在环境中保护酶 。
焦点-如何提高酶生物燃料电池的效率
三个技术难点
1：生物燃料电池阳极需要是三维的，这样就有足够的敏感度。 阳极必须要使表面区域所需要的达到最佳化，孔越小，相对反应 面积越大，反应速率越快。但孔太小，液态燃料的传送也就成了 一个问题。 2：成功的固定化多酶系统是需要可以使燃料完全氧化成二氧化碳。 目前的酶燃料电池的效率是比较低的，只能用单一的酶和将燃料 部分氧化。这和细胞内可以使生物燃料完全氧化成二氧化碳和水 是完全不同的。 3：阳极必须支持高效率的电荷转移机制 ，因此了解之间的相互 作用，孔隙度，比表面积，以及电子和质子电导率 至关重要。
总结：
尽管酶燃料电池相对于传统的燃料电池和原电 池有很多有点，但不过也存在很多不足，如， 使用寿命短，催化效率低，燃料利用率低，还 有低能量。进来，对使用寿命短和催化效率低 这两方面研究有一些进展，但燃料利用率低和 低能量还有待于解决。在这两方面做出改进需 要标准的电化学表征，以及使用光谱和荧光的 方法，可以再加上经典的电化学测量方法。
以酶为基础的生物燃料电池
07生物：颜海波
普通燃料电池的工作原理：
酶燃料电池的工作原理：
微生物燃料电池和酶燃料电池的比较：
parameter 催化剂
使用寿命 氧化能力 能量浓度
成本 膜表面分离器
微生物燃料电池
微生物 长 完全氧化 低 高 需要
wk.baidu.com酶燃料电池
酶 短 不完全氧化 高 低 不需要
生物酶燃料电池的最新研究进展
解决方案
三维电极构造 为了得到最大能量密度，三维电极需要具有多维和多向的孔结构 多层面既提供了小孔，以支持酶的稳定和高负荷密度，也提供了 大孔以支持液态燃料的传送 ，多向的结构提供了更大的表面积和 通透性 。最近已经开始探索利用壳聚糖聚合物材料有希望用来控 制维度和方向性。
利用壳聚糖聚合物材料制成的阳极
聚合物作为酶固定材料 第二关键是延长固定化酶的活性时间。酶是蛋白质，在缓冲液当 中的寿命时间是八小时到两天，尽管固定在电极表面的酶的寿命 可以延长到7到20天。近来，通过把酶封装在胶束聚合物中，可 以使其活性延长到一年以上，这个胶束为酶提供了合适的PH还有 生物可容性的环境，防止其变性
多酶混合电极示意图
生物燃料酶电池的表征
能量密度方程：
这条方程式用于任何的燃料电池，这里有两条清晰的路径来提高能量密度。 首先，不受几何学影响的热力学因素，电池的平衡电极Vcell是由电池化 学决定的，通过分别在阳极和阴极上的氧化和还原反应的选择。第二个 条件，着重在动力学，这里电池内部的电阻Rcell是一个关键参数，决定 在电池反应中的能量密度。 Rcell 涉及的因素很多，包含有电极电荷转 移的阻抗，电极连接，膜电导和电解液传导。
更进一步，根据电极的放置，电池体积等报告电池的几何学是很重要的， 而且如果可能的话，在比较的过程中一直保持固定的几何形态。当在实 验室比较不同阳极和阴极的表现时是特别重要的。在模型学习过程中也 是有很大用途的。一个更有前景的几何学是堆叠电池的设计和图中描述
的样本。
荧光在研究燃料电池中的应用
随着生物传感器和生物燃料电池的发展，电化学已成为最普遍的 方法，特点是：聚合物固定化酶。其他方法，如扫描电子显微镜， 红外光谱， X射线衍射仪，原子力显微镜，小角度中子散射也已 运用到进一步的研究酶-聚合物体系的特点。不过，这些方法都不 能提供的洞察到化学之间的互动，酶和聚合物对双方微观和宏观 尺度，还有一些影响酶空间分布，活力和寿命的因素。 荧光，因为内在敏感性和选择性，成为探测酶-聚合物相互作用的 有力工具。这是因为强度的发射光谱，功能之一是激发波长和探 测周围的微化学环境，既可以是定性的用激光扫描共聚焦显微镜 进行可视化和定量用探测器测量光子。由于这个原因，荧光可以 用来探测各种纳入物和聚合物之间相互作用性质，无论是在溶液 或固体基质，并把酶定位和它们的运动和活力特征化
That’s all, thanks!
用于酶燃料电池电极的多酶阳极
多酶电极是用固定在同一电极上的多种酶催化 连续或同时发生的多个反应。多酶电极扩大了酶燃 料电池可使用燃料的范围 ,提高了输出电流或电压 , 具有单酶电极难以达到的性能。我们可以将这些代谢 路径的多级酶固定在电极的表面或者三维的截留聚合 体。目前，我们尝试将多级酶联固定在一个特定空间 结构的电极表面，这是为了减少传送过程的限制，将 酶固定下来有利于在环境中保护酶 。
焦点-如何提高酶生物燃料电池的效率
三个技术难点
1：生物燃料电池阳极需要是三维的，这样就有足够的敏感度。 阳极必须要使表面区域所需要的达到最佳化，孔越小，相对反应 面积越大，反应速率越快。但孔太小，液态燃料的传送也就成了 一个问题。 2：成功的固定化多酶系统是需要可以使燃料完全氧化成二氧化碳。 目前的酶燃料电池的效率是比较低的，只能用单一的酶和将燃料 部分氧化。这和细胞内可以使生物燃料完全氧化成二氧化碳和水 是完全不同的。 3：阳极必须支持高效率的电荷转移机制 ，因此了解之间的相互 作用，孔隙度，比表面积，以及电子和质子电导率 至关重要。
总结：
尽管酶燃料电池相对于传统的燃料电池和原电 池有很多有点，但不过也存在很多不足，如， 使用寿命短，催化效率低，燃料利用率低，还 有低能量。进来，对使用寿命短和催化效率低 这两方面研究有一些进展，但燃料利用率低和 低能量还有待于解决。在这两方面做出改进需 要标准的电化学表征，以及使用光谱和荧光的 方法，可以再加上经典的电化学测量方法。
以酶为基础的生物燃料电池
07生物：颜海波
普通燃料电池的工作原理：
酶燃料电池的工作原理：
微生物燃料电池和酶燃料电池的比较：
parameter 催化剂
使用寿命 氧化能力 能量浓度
成本 膜表面分离器
微生物燃料电池
微生物 长 完全氧化 低 高 需要
wk.baidu.com酶燃料电池
酶 短 不完全氧化 高 低 不需要
生物酶燃料电池的最新研究进展
解决方案
三维电极构造 为了得到最大能量密度，三维电极需要具有多维和多向的孔结构 多层面既提供了小孔，以支持酶的稳定和高负荷密度，也提供了 大孔以支持液态燃料的传送 ，多向的结构提供了更大的表面积和 通透性 。最近已经开始探索利用壳聚糖聚合物材料有希望用来控 制维度和方向性。
利用壳聚糖聚合物材料制成的阳极