基于PS-b-P4VPLB膜電化學(xué)開關(guān)的構(gòu)建與應(yīng)用.pdf

1、生物燃料電池是利用酶或者微生物作為催化劑，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的一類燃料電池。如果能在生物燃料電池上安裝“智能開關(guān)”，使其能按具體要求，可逆地、迅速地提供/切斷電源，將是富有挑戰(zhàn)性的工作。本論文主要研究了基于兩親高分子聚苯乙烯-嵌段-聚(4-乙烯基吡啶)(PS-b-P4VP) Langmuir-Blodgett(LB)膜的電化學(xué)開關(guān)，除此之外，還研究了基于PS-b-P4VP電化學(xué)開關(guān)的應(yīng)用，論文主要包括以下幾個部分:
　　1.

2、用LB膜儀制備了PS-b-P4VP的Langmuir膜，并把它成功修飾在玻碳電極表面，制備出LB膜。傅里葉紅外和電化學(xué)交流阻抗譜圖表明膜已經(jīng)成功修飾在電極表面。采用場發(fā)射掃描電鏡表征PS-b-P4VP膜的形貌。通過循環(huán)伏安(CV)測量發(fā)現(xiàn)PS-b-P4VP膜對鐵氰化鉀探針具有pH敏感響應(yīng):在pH為4.5時，CV曲線在0.2 V左右有一對明顯的氧化還原峰，說明在此pH值下，PS-b-P4VP膜該對鐵氰化鉀的電化學(xué)開關(guān)響應(yīng)處于“開”狀態(tài);在

3、pH為7.0時，CV曲線在0.2V左右沒有氧化還原峰，說明在此pH值下，PS-b-P4VP膜對鐵氰化鉀的電化學(xué)開關(guān)響應(yīng)處于“關(guān)”狀態(tài)。此外，將PS-b-P4VP膜分別置于pH為4.5和7.0的緩沖溶液中，可以發(fā)現(xiàn)CV響應(yīng)的氧化峰電流在最大值和最小值之間變化，這表明設(shè)計(jì)的開關(guān)是具有良好的可逆性。通過優(yōu)化修飾的PS-b-P4VP膜的層數(shù)對其pH敏感開關(guān)性質(zhì)的影響，知道當(dāng)修飾的PS-b-P4VP膜的層數(shù)為三層時，PS-b-P4VP膜對鐵氰化鉀

4、探針具有最好的開關(guān)性能。
　　2.通過對在兩個pH緩沖液中浸泡后的PS-b-P4VP膜進(jìn)行場發(fā)射掃描電鏡表征，發(fā)現(xiàn)兩者表觀形貌并沒有明顯變化，證明PS-b-P4VP膜對鐵氰化鉀探針的pH敏感開關(guān)性質(zhì)與膜的溶脹/收縮狀態(tài)無關(guān)。將探針換成帶有正電荷的氯化六銨合釕，PS-b-P4VP膜對氯化六銨合釕探針的開關(guān)現(xiàn)象與對鐵氰化鉀探針的開關(guān)現(xiàn)象正好相反:在pH為4.5時，CV曲線在-0.2 V左右基本沒有氧化還原峰的存在，說明PS-b-P4V

5、P膜對氯化六銨合釕的電化學(xué)開關(guān)處于“關(guān)”狀態(tài);在pH為7.0時，CV曲線在-0.2 V左右有一對近乎可逆的氧化還原峰，PS-b-P4VP膜對氯化六銨合釕的電化學(xué)開關(guān)變換為“開”狀態(tài)。而以二茂鐵甲醇為探針時，PS-b-P4VP膜對探針沒有開關(guān)響應(yīng)。這些結(jié)果表明PS-b-P4VP膜對鐵氰化鉀探針的pH敏感開關(guān)性質(zhì)主要是由于靜電作用導(dǎo)致的。將具有開關(guān)性質(zhì)的PS-b-P4VP膜用于調(diào)控辣根過氧化酶催化H2O2，多酚氧化酶催化鄰苯二酚，葡萄糖氧化

6、酶催化葡萄糖，發(fā)現(xiàn)在pH為4.5時，這些電催化能夠順利進(jìn)行，電化學(xué)開關(guān)處于“開”狀態(tài);而在pH為7.0時，電催化不能順利進(jìn)行，電化學(xué)開關(guān)處于“關(guān)”狀態(tài)。研究還發(fā)現(xiàn)這一電催化的開關(guān)性能具有較好的循環(huán)可逆性。
　　3.陽離子黏土(Laponite)具有很好的生物相容性。在上述優(yōu)化條件下，通過Laponite將葡萄糖氧化酶和漆酶固定在電極表面，并對其進(jìn)行掃描電鏡和紅外表征以說明Laponite有很好的包覆酶的性能以及酶已經(jīng)被成功負(fù)載在電

7、極表面。以葡萄糖氧化酶修飾的電極為陽極，分別在pH為4.5和7.0的磷酸緩沖溶液測量開路電勢曲線;結(jié)果顯示在pH為4.5時，開路電勢為0.21 V;在pH為7.0時，開路電勢變?yōu)?.16V，而且開路電勢可以在500s內(nèi)基本達(dá)到穩(wěn)定。對漆酶修飾的電極為陰極進(jìn)行開路電勢測量;測量顯示在pH為4.5時，開路電勢為0.62 V;在pH為7.0時，開路電勢變?yōu)?.40 V，而且開路電勢可以在800 s內(nèi)基本達(dá)到穩(wěn)定。將陽極與陰極成功組裝成生物燃料