卟啉、纳米碳材料和酶修饰玻碳电极的制备与其电催化性能

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1、摘要卟啉、纳米碳材料和酶修饰玻碳电极的制备及其电催化性能专业：物理化学申请者：钟秋菊导师：南俊民教授马国正副教授优选具有较好电催化性能的修饰物来制备生物燃料电池的电极，对发展高性能生物燃料电池具有重要的价值。论文选用两种无金属配位的卟啉(溴卟啉和氯卟啉)、纳米碳材料、葡萄糖脱氢酶(GDH)和胆红素氧化酶(BOD)等对玻碳电极进行修饰处理，得到了具有催化性能的膜电极。具体工作及所得到的结果如下：(1)卟啉修饰电极的制备及对NADH的电催化氧化。采用电聚合方法制备的两种卟啉膜修饰电极，具有良好的导电性和稳定性。结果表明卟啉修饰电极对还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)具有显著的催化活性。相对

2、于裸玻碳电极，卟啉修饰电极都能降低NADH的过电位，峰电位负移约270mV，峰电流增大2倍多。NADH在卟啉修饰电极上是属于表面扩散过程控制的不可逆反应；峰电位随着pH增大而负+移，属于一质子两电子的转移过程；氧化峰电流在其浓度0．02．0．24mM范围内呈良好的线性关系，检测限为13．3小(S／N=3)。卟啉修饰电极对NADH和AA同时具有很高的选择性，而UA的加入影响了NADH的氧化。(2)不同修饰电极对氧气的电催化还原。卟啉膜电极和多壁碳纳米管(MWNTs)修饰电极均与裸玻碳电极对氧气的还原作用具有相似的性质。与裸玻碳电极相比，氧气的还原电位在poly—O．BrPETPP修饰电极上更

3、正，更易使氧气还原，且poly．O．BrPETPP修饰电极的催化效果优于poly．O．C1PETPP修饰电极和MWNTs修饰电极，并对氧气的还原具有更好的电催化活性和稳定性。摘要氧分子在卟啉膜电极上主要是电子的不可逆过程，发生两电子两质子的反应过程，生成H202。还原峰电位还与溶液酸碱性有很大关系，表明质子(旷)参与了氧气的反应过程，还原峰电流在pH=7．0时峰电流达到最大值，说明在中性条件下卟啉膜电极对氧气的催化还原性能最好。(3)酶修饰电极的制备及其电催化性能。采用交联法以卟啉、碳纳米管作为载体分别与葡萄糖脱氢酶(GDH)和胆红素氧化酶(BOD)固定在玻碳电极表面，制备了～种介体型酶电

4、极。卟啉为氧化还原媒介体能促进酶的活性中心与电极表面的直接电子传递，GDH酶电极与BOD酶电极没有发生变性和失活，并分别对葡萄糖和氧气均有明显的电流响应，具有较好的生物相容性和电化学活性。氧气和葡萄糖分别存在于含葡萄糖体系和氧气氛围下均对其无测定影响，基于此酶电极的无隔膜的酶生物燃料电池有希望被应用到人体内部作为微型电源使用。(4)石墨和碳纳米管的处理及其电化学性能。采用电化学充放电法将天然鳞片石墨氧化，再经水合肼进行还原，得到还原氧化石墨，红外光谱结果说明经处理后的石墨表面存在着一定量的活性基团。功能化的碳纳米管和还原氧化石墨作修饰电极，对NADH具有一定的催化氧化作用。修饰电极对NAD

5、H的氧化过程是受表面扩散控制。还原氧化石墨修饰电极对UA具有一定的催化氧化作用，而未处理的石墨修饰电极却无。还原氧化石墨修饰电极对UA的氧化过程受表面扩散控制(为主)，还受表面吸附过程控制。修饰电极的反应活性与溶液酸碱性也有很大关系，随着pH值增大，峰电位逐渐负移，说明反应存在着质子的传递(两电子两质子反应)，而峰电流在pH=7时峰电流达到最大值。关键词：修饰电极，氧还原，卟啉，酶电极，NADHIIThepreparationandeletrocatalyticperformancesofglasscarbonelectrodesmodifiedwithporphyrin，nanocarb

6、onABSTRACTandenzymaticmaterialsmajor：PhysicalChemistryPostgraduate：QiujuZhongSupervisor：ProfessorJunminNan，AssociateprofessorGuozhengMaIt’sveryimportantthatchoosingthebetterelectrocatalyticperformanceofmodifiedmaterialtoprepareelectrodesforthedevelopmentofK曲。performancebio．fuelcell．Inthisstudy,two

7、typesofdifferentmetal-freeporphyrin(BrPETPPandC1PETPP)．nanocarbon，glucosedehydrogenase(GDH)andbilirubinoxidase(BOD)arechosentotreatandgainsomefilmelectrodesthathavecatalyticproperies．Thedetailedresultsaredescribe