【技术实现步骤摘要】
本专利技术生物燃料电池构建，特别涉及3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶pd、其制备的生物燃料电池电极及其在构建高性能新型生物燃料电池中的应用。
技术介绍
1、纳米酶是一类基于无机纳米材料合成的模拟酶，它既具有纳米材料的性质，又有酶的性质。与天然酶相比，具有模拟酶性质的纳米酶具有催化稳定性高、可调性好、制备工艺可行等优点，引起了人们的极大关注。自从在2007年报道fe3o4纳米颗粒具有类过氧化物酶活性以来，越来越多的金属基纳米材料被发现表现出类似酶的活性，如过氧化物酶、过氧化氢酶、氧化酶和超氧化物歧化酶。纳米酶被广泛的应用于生物传感，抗菌治疗，疾病诊断等领域。尽管纳米酶作为天然酶的替代品被推向了历史舞台，但提高选择性、生物相容性和多功能性仍然是一个挑战。
2、超分子化学已成为通过简单可逆的非共价相互作用制备多功能纳米材料的有力工具。具有动态结构和复杂分级结构的超分子纳米酶因其在实际应用中作为酶模拟物的潜力而受到极大关注。超分子策略能够容易地操纵通过自组装构建的材料形态和结构，为提高催化活性提供了一种方便的方法。各种自组装材料，如肽、树枝状大分子、和配位聚合物，在构建有效的纳米酶方面表现出了潜力。尽管，许多研究调查了超分子纳米酶的活性和催化机制，但纳米酶在材料本身聚集状态下的行为相对未被探索。
3、共轭分子由于具有高π-电子离域特性，表现出高的化学/热稳定性、结构多样性和优异的载流子迁移率，已广泛应用于储能、气体分离、传感设计和催化等领域。然而，共轭分子主要用作合成纳米酶的前体。
4、生
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶、其制备的生物燃料电池电极及其在构建高性能新型生物燃料电池中的应用。所述3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶具有较高的类葡萄糖氧化酶、类过氧化氢酶活性和电催化活性。
2、本专利技术提供了3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶，所述3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶能够用作类葡萄糖氧化酶或/和类过氧化氢酶。
3、进一步的，本专利技术所述3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶在显微镜下表现出不规则杆状结构；所述3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶的平均长度为10～15μm。
4、本专利技术提供了3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶的制备方法，其包括如下步骤，将3,4,9,10-苝四羧酸二酐粉末分散在水中，超声处理形成均匀体系，得到红色的3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶溶液。
5、进一步的，所述制备方法中，将0.5～2mg 3,4,9,10-苝四羧酸二酐粉末分散在2～10ml水中；超声处理的时间为10～20min。
6、本专利技术提供了生物燃料电池电极，包括上述3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶至少一种或上述制备方法制得3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶至少一种、以及酶固定材料和电池基底。
7、进一步的，所述酶固定材料为碳纳米管；所述电池基底为ito电极。
8、本专利技术所述生物燃料电池电极的制备方法包括如下步骤，
9、将所述3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶溶液和所述碳纳米管溶液以体积比1:1在搅拌下混合，并在室温下搅拌；将混合物离心除去未结合的碳纳米管，并重新悬浮在水溶液中得到混合悬浮液；最后将制备混合悬浮液滴到所述ito电极表面上，并干燥得到生物燃料电池电极pd/cnt电极。
10、本专利技术提供的生物燃料电池电极在制备生物燃料电池或生物传感器中的应用。
11、本专利技术提供了双室生物燃料电池，以上述生物燃料电池电极pd/cnt电极为阳极或/和阴极。
12、最后，本专利技术还提供了双室生物燃料电池的构建方法，包括如下步骤：
13、1)按照本专利技术所述的生物燃料电池电极的制备方法制备生物电极pd/cnt电极；其中，用具有类葡萄糖氧化酶和类过氧化氢酶活性的pd/cnt电极作为级联阳极，用具有电催化活性的pd/cnt电极作为阴极；
14、2)阳极室的溶液为5～10ml ph为4.0的hac-naac缓冲液，其中含有0～40mmol/l葡萄糖；
15、3)阴极室的溶液为5～10ml ph为4.0的hac-naac缓冲液，阴极室在空气饱和条件下；
16、4)将质子半透膜将阳极室和阴极室隔开，构建得到自级联纳米酶的双室生物燃料电池bfc。
17、本专利技术提供了3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶，所述3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶能够用作类葡萄糖氧化酶或/和类过氧化氢酶。
18、首先，所述3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶具有类葡萄糖氧化酶或/和类过氧化氢酶活性，将其参与构建电极，在阳极中，纳米酶pd是级联阳极，可通过模拟葡萄糖氧化酶活性催化葡萄糖氧化产生葡萄糖酸和h2o2，而生成的h2o2被pd的类过氧化氢酶活性原位消耗，避免由于葡萄糖氧化产生的h2o2对电池的干扰。在阴极中，纳米酶pd电催化活性使阴极接收由阳极产生的电子并经历氧还原反应，可构建新型高性能bfc。
19、其次，与阴阳极由不同电极构成的bfcs相比，本专利技术所述的阴阳极均基于pd/cnt制备的自级联纳米酶bfc，pd/cnt电极上双酶活性的最佳条件相似，可以通过调节温度和ph同时达到其最佳状态，促进级联反应在bfc中的应用。
20、最后，与传统天然酶构建的bfcs相比，本专利技术所述的基于pd/cnt的bfc避免了使用价格昂贵、不易保存、反应条件苛刻的天然酶，并且制备过程简单，耗费较低，稳定性好，反应条件温和，不易受环境因素等干扰等优势。基于pd/cnt制备的生物燃料电池bfc具有较高的输出功率和突出的稳定性，其输出功率是基于天然酶的bfc的近10倍。
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1.3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶，其特征在于：所述3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶能够用作类葡萄糖氧化酶或/和类过氧化氢酶。
2.如权利要求1所述的3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶，其特征在于：所述3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶表现出不规则杆状结构；所述3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶的平均长度为10～15μm。
3.如权利要求1所述的3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，将3,4,9,10-苝四羧酸二酐粉末分散在水中，超声处理形成均匀体系，得到红色的3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶溶液。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：将0.5～2mg 3,4,9,10-苝四羧酸二酐粉末分散在2～10mL水中；超声处理的时间为10～20min。
5.生物燃料电池电极，其特征在于：包括权利要求1-2任一项所述的3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶至少一种或权利要求3-4任一项所述的制备方法制得3,4,9,10
6.如权利要求5所述的生物燃料电池电极，其特征在于：所述酶固定材料为碳纳米管；所述电池基底为ITO电极。
7.如权利要求6所述的生物燃料电池电极，其特征在于：所述生物燃料电池电极的制备方法包括如下步骤，
8.如权利要求5-7任一项所述的生物燃料电池电极在制备生物燃料电池或生物传感器中的应用。
9.双室生物燃料电池，其特征在于：以权利要求5-7任一项所述的生物燃料电池电极为阳极或/和阴极。
10.如权利要求9所述的双室生物燃料电池的构建方法，其特征在于：包括如下步骤，
...【技术特征摘要】
1.3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶，其特征在于：所述3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶能够用作类葡萄糖氧化酶或/和类过氧化氢酶。
2.如权利要求1所述的3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶，其特征在于：所述3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶表现出不规则杆状结构；所述3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶的平均长度为10～15μm。
3.如权利要求1所述的3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，将3,4,9,10-苝四羧酸二酐粉末分散在水中，超声处理形成均匀体系，得到红色的3,4,9,10-苝四羧酸二酐共轭分子纳米酶溶液。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：将0.5～2mg 3,4,9,10-苝四羧酸二酐粉末分散在2～10ml水中；超声处理的时间为10...
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