Enzymelektroder är användbara i en rad tillämpningar, inklusive bioavkänningssystem och elektrokemiska anordningar. Biobränsleceller (BFC) är särskilt lovande kandidater för att driva en mängd olika bioelektroniska enheter genom att omvandla biokemisk energi till elektricitet under milda biologiska förhållanden.

Trots sina egenskaper ger de flesta biobränsleceller låg effekt och kortsiktig driftsstabilitet på grund av deras dåliga elektronöverföring mellan enzymer och elektroder och mellan angränsande enzymer. Dessa elektronöverföringsproblem är nära relaterade till prestandan hos nästan alla elektrokemiska sensorer, inklusive BFC:er och annan bioelektronik.

I Applied Physics Reviews , forskare från Korea och USA åtgärdar dessa brister via en amfifil sammansättning som utformats för att förbereda högpresterande biobränsleceller.

Tillvägagångssättet, som kan inducera gynnsamma gränssnittsinteraktioner mellan elektrokatalysatorer och avsevärt förbättra elektrodernas elektronöverföringskinetik, genererade hybridbiobränsleceller med hög effekt och god driftsstabilitet.

"Vår nya elektroddesign som använder en amfifil sammansättning, som bryter med det vanliga perspektivet av enzymimmobilisering, kan maximera elektronöverföringen vid enzym/enzym och enzym/elektrodgränssnitt samt realisera hög driftsstabilitet, vilket inducerar bildandet av en perfekt och nanoblandat enzymlager", sa författaren Cheong Hoon Kwon.

Metoden inducerade gynnsamma gränssnittsinteraktioner mellan elektrokatalysatorer och förbättrad elektronöverföringskinetik för elektroder. Den uppnådde en aldrig tidigare skådad massbelastning av hydrofilt enzym och hydrofoba/ledande metallnanopartiklar och kraftigt ökad elektronöverföringseffektivitet och strömtäthet.

Amfifila sammansatta flerskikt bestående av glukosoxidaser i vattenhaltiga medier och hydrofoba/ledande nanopartiklar i opolära medier avsattes på bomullsfiber/textil för att bilda anoden, vilket särskilt har ökat elektronöverföringseffektiviteten och immobiliseringsstabiliteten. Katoden bildades genom att förstofta platina på de guld-nanopartikelbelagda bomullsfibrillerna för att förbättra effektiviteten av syrereduktionsreaktionen.

Forskarna tror att monteringsmetoden kan ge en grund för att förbereda en mängd olika högpresterande elektrokemiska enheter, inklusive biobränsleceller.

"Våra resultat kan vara av betydande intresse för olika forskare och ingenjörer som arbetar inom områdena självmontering, energiomvandling och elektrokemiska sensorer, förutom BFC," säger Jinhan Cho, en medförfattare på tidningen. + Utforska vidare

Bomullsbaserad hybrid biobränslecell kan driva implanterbar medicinsk utrustning