微生物燃料电池阳极的制备及其在庆大霉素检测中的研究

摘要

微生物燃料电池是利用微生物将有机的化学能转化成电能的装置，具备构造简单、成本低廉、环境友好等特点。因此，微生物燃料电池作为一种新型的传感器在环境、医药等领域，引起了普遍的关注。由于其传感特性受限于产电性能，因此，如何增强产电性能成为研究微生物燃料电池的关键要素。
　　微生物燃料电池的产电性能主要取决于电子的传递速率，而电子从微生物传递至电极表面的阻力是影响电子传递速率的重要因素。阳极作为微生物燃料电池中直接与产电细菌接触的重要部件，其材料的性质与表面结构直接影响了细菌的吸附量、电子传递效率和氧化反应情况等，决定着微生物燃料电池的产电性能。本文采用层层自组装技术，制备不同纳米结构材料修饰阳极，研究其对微生物燃料电池产电性能的影响。在此基础上，构建基于微生物燃料电池的生物传感器用于抗生素检测。主要研究内容有：
　　1.采用层层自组装技术，在ITO电极表面修饰聚电解质碳纳米管/聚烯丙基胺的盐酸盐，增大了电极的比表面积。实验结果表明，修饰后的电极明显提高了电池的产电性能，微生物燃料电池的电流密度由0.266μA/cm2提高到3.87μA/cm2，功率输出密度由4.63mW/m2增加到5.98 mW/m2，能够有效地促进希瓦氏菌电子传递效率。
　　2.采用层层自组装技术，在ITO电极表面修饰了碳纳米管/聚苯胺复合多层膜。研究不同修饰层数对微生物燃料电池产电性能的影响。研究结果表明，基于(CNTs/PANI)12-ITO电极的微生物燃料电池的功率密度比空白ITO电极电池提高了29.1%。
　　3.构建基于(CNTs/PANI)12-ITO电极的微生物燃料电池生物传感器，以E.coli25922作为传感接收元件，考察传感器对不同浓度庆大霉素的响应情况。研究结果表明，传感器最低检测限为0.25mM。

目录

主要符号对照表

第1章 引言

1.1 微生物燃料电池的机理及纳米材料简介

1.2 阳极纳米材料的种类

1.3 层层自组装技术

1.4 基于微生物燃料电池的生物传感器

1.5 本文的主要研究内容

第2章 碳纳米管修饰ITO玻璃阳极

2.1 序言

2.2 实验原料和仪器

2.3 基于碳纳米管修饰ITO阳极的MFC构建

2.4 碳纳米管修饰ITO阳极的制备

2.5 产电实验及仪器装置

2.6 测试和分析方法

2.7 结果与讨论

2.8 本章小结

第3章 碳纳米管/聚苯胺复合修饰ITO玻璃阳极

3.1 序言

3.2 实验原料和仪器

3.3 碳纳米管/聚苯胺复合修饰ITO玻璃阳极的制备

3.4 产电菌的培养及实验装置的搭建

3.5 测试和分析方法

3.6 结果与讨论

3.7 本章小结

第4章 基于微生物燃料电池生物传感器对庆大霉素的检测研究

4.1 序言

4.2 实验原料和仪器

4.3 微生物燃料电池生物传感器的构建

4.4 结果与讨论

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表学术论文与研究成果