生物燃料电池(BFCs)尤其是酶生物燃料电池(EBFCs),是近年来备受研究人员关注的一种绿色新能源装置。随着传统能源的紧张以及其所带来的环境污染,人们对清洁新能源的关注度逐渐增加。考虑到EBFCs具有温和的操作条件、较高的能量转化效率、广泛的燃料来源等特点,因此其有望为心脏起搏器等可穿戴式设备提供能量。然而,由于酶电极制备的复杂性以及电池装置的限制,目前高性能EBFCs的制备仍然是国内外的研究热点之一。本论文从酶电极的制备材料和方法入手,围绕着如何提高酶电极性能的关键问题,开展了酶的有效固定化和提高酶活性中心到电极表面之间电子传递速率的研究,并最终在碳纸电极上构建葡萄糖EBFC,利用酶阳极的产物过氧化氢(H2O2)作为酶阴极的燃料,获得了具有一定输出功率的葡萄糖燃料电池。主要的研究内容如下:(1)制备并研究了基于葡萄糖氧化酶(GOx)的酶阳极。GOx的酶活性中心被深埋于其蛋白质外壳内部,限制了其活性中心到电极表面之间的电子传递。因此,本章节使用多壁碳纳米管(MWCNTs),结合生物小分子壳聚糖(CS)和交联剂戊二醛(GA)成功实现GOx在电极上的固定,制备了一个直接电子转移型GOx修饰电极,并研究了该酶阳极的电化学行为。研究结果显示,GOx在电极上发生的电化学反应是一个受表面控制的过程,GOx在电极表面直接电子传递速率的常数ks为1.47s-1,且经过一段时间的循环伏安(CV)扫描后,该电极的氧化峰电流密度仅下降了 9.8%。上述结果表明,MWCNTs的使用有助于电子从GOx的活性中心到电极表面的传递,且采用CS/GA固定GOx的方法较好的保持了 GOx的稳定性及活性。(2)制备并研究了基于辣根过氧化物酶(HRP)的酶阴极。酶固定化载体的选择、电子转移中间体的选择及酶固定化方法的选择均对酶阴极的性能有很大影响。本论文以MWCNTs为固相载体,用MWCNTs和TTF的混合物(MWCNTs/TTF)提高酶和电极之间的电子转移速率,利用CS/GA共价交联的方式固定HRP,制备了酶阴极MWCNTs/TTF-HRP,并研究了该酶阴极的性能。研究结果显示,MWCNTs/TTF混合物比单独的MWCNTs具有更高的电子传递效率,所构建的酶阴极显示出对H2O2良好的催化还原作用。且该电极的稳定性较好,经过50圈的CV扫描后,还原峰电流密度仅下降了 14.3%。上述结果表明,混合物MWCNTs/TTF有望在酶电极的修饰中得到应用。(3)构建了基于碳纸电极的葡萄糖EBFC。本文以碳纸电极为基础电极,分别按照第二章和第三章的酶电极制备方法来构建酶阳极MWCNTs-GOx和酶阴极MWCNTs/TTF-HRP。以此电极组装的葡萄糖EBFC产生的最大电流密度、最大功率密度以及开路电压分别为55.74 μA/cm2,5.76 μW/cm2和0.4 V。上述实验结果表明,结合碳纸电极,利用酶阳极的产物H2O2作为酶阴极的燃料,构建了装置相对简单的葡萄糖EBFC,验证了使用酶阳极的产物作为酶阴极燃料的想法,为EBFC的进一步研究奠定了基础。