由于π-π堆積導致的還原氧化石墨烯(RGO)聚集是石墨烯基電化學中反復出現的問題，它會降低有效工作面積，從而影響還原氧化石墨烯電極的性能。將RGO通過部分聚合分散在三維碳紙電極上，是一種克服這個問題的策略。在本報告中，我們報道了帶負電荷的4-氨基苯甲酸(4-ABA)接枝到石墨烯功能化的碳紙電極表面。4-ABA的功能化可以分開RGO層，同時導致藍色多銅的Myrothecium verrucaria來源的膽紅素氧化的定向固定，使膽紅素氧化酶(MvBOD)在中性pH下的二氧還原反應(ORR)中有利于直接電子轉移(DET)。通過施加交變陰極和陽極電化學電勢脈沖，同時電還原氧化石墨烯至還原氧化石墨烯，并實現4-ABA的共價附著，從而在靜態條件下獲得高催化電流密度（Δj
cat:193 ± 4 μA cm
−2）。電化學接枝的4-ABA不僅會導致BOD的良好取向（如通過將動力學模型擬合到電催化數據所驗證的那樣），而且還起到減輕RGO聚集的作用（如掃描電子顯微鏡所揭示），這很可能是由于4-ABA接枝的石墨烯層之間的靜電排斥。該生物電極的半衰期為55小時，對于迄今為止報道的DET型基于MvBOD的生物電極也顯示出最高的操作穩定性。 最終證明該生物電極可以作為無膜葡萄糖/ O
2酶促生物燃料電池的生物陰極，具有最大的功率密度為22μWcm
-2和0.51 V的開路電壓。
Figure 1. GO (a、d、g)，RGO-A (b、e、h) 以及RGO (c、f、i) 納米材料的SEM, AFM 圖和XPS 圖譜。
Figure 2. （a）CPG/GO、RGO-A以及GO-A電極的EIS阻抗圖，電極在含5 mM 鐵氰化鉀的100 mM pH 7.0無氧PBS中測試。（a）中右側插入: 放大的RGO-A與RGO電極的阻抗圖的比較。（a）中左側插入：用于擬合阻抗數據的等效電路。（b）CPG/GO、GO-A、RGO、RGO-A以及RGO-A(N)電極在含有5 mM鐵氰化鉀的100 mM pH 7.0無氧PBS中，以50 mV/s掃描的CV曲線。（c）在含有[Ru(NH)
6]Cl
3中50 mV/s下的CV曲線。
Figure 3. （a）基于R-A和RGO-A基質的BOD生物電極的CVs；（c）以及RGO-A和RGO基質在100 mM PBS (pH 7.0)，掃描速率5 mV s
−1的CV。（b）投加20μL氧化石墨烯對RGO-A/BOD電極電催化還原O
2和ECSA性能的影響。
Figure 4. (a)在氧氣飽和的PBS (pH 7.0)中，掃描速率為1 mV s
−1，RGO- A、RGO或RGO- A (N)基質上BOD催化還原O
2的線性掃描伏安圖。(b)在帶負電荷的電極表面上，BOD的兩種邊界取向導致界面電子從電極到BOD的T1銅位點的隧穿距離不同的示意圖。
Figure 5 在含有20 mM葡萄糖的空氣平衡PBS (100 mM, pH 7.0)中，GOD生物陽極和BOD生物陰極的極化和功率密度曲線。
相關研究成果于2021年由丹麥理工大學的Zhang Jingdong和Xiao Xinxin課題組，共同發表在Biosensors and Bioelectronics（doi：10.1016/j.bios.2020.112500）上，原文：Bilirubin oxidase oriented on novel type three-dimensional biocathodes with reduced graphene aggregation for biocathode。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
.jpg)
