自然动力生物阴极：漆酶固定化与绿色纳米颗粒协同增强铅笔石墨电极性能的可持续生物燃料电池研究

本研究针对酶基生物燃料电池(EBFC)存在的酶稳定性差、电流密度低等问题，创新性地采用Rosa centifolia提取物绿色合成Ag/Cu纳米颗粒修饰铅笔石墨电极(PGE)，通过漆酶(Lac)共价固定构建高性能生物阴极。2B级Lac/AgNP/PGE获得0.611V开路电位和1343.15μA cm?2电流密度，功率密度达20.629μW cm?2，较原始PGE提升70.84%，为EBFC的微型化和成本优化提供新策略。

　　

随着全球能源需求激增与环境恶化，开发绿色可持续能源技术成为迫切需求。酶基生物燃料电池(EBFC)因其生物相容性和微型化潜力备受关注，但受限于酶稳定性差、电子传递效率低等问题。特别是阴极氧还原反应(ORR)中，漆酶(Lac)虽具有高开路电位(OCP)，但其活性中心深埋蛋白结构导致电子传递受阻。传统纳米材料修饰电极虽能改善性能，但存在生物相容性差、成本高等缺陷。

针对这些挑战，印度比拉理工学院与Anurag集团的研究人员创新性地利用Rosa centifolia花提取物绿色合成银/铜纳米颗粒(Ag/CuNP)，通过浸渍涂覆修饰不同硬度铅笔石墨电极(PGE)，并共价固定漆酶构建高性能生物阴极。研究发现2B级软石墨基底的Lac/AgNP/PGE表现出最优性能，其开路电位达0.611V，电流密度提升70.84%，且能维持20天62.93%的活性。该成果发表于《Bioelectrochemistry》，为EBFC的实用化提供了兼具高效、稳定与成本优势的解决方案。

研究采用三大关键技术：1)植物提取物介导的绿色纳米合成；2)EDC/NHS活化羧基的共价酶固定；3)多尺度表征（SEM观察形貌、FTIR/XPS验证官能团）。通过系统比较2H/HB/2B三种石墨硬度电极，结合电化学测试（极化曲线、循环伏安）评估性能差异。

结构分析证实纳米颗粒呈16-25nm球形，表面含植物源羧基，通过酰胺键稳定固定漆酶。电化学性能显示2B级电极因更高石墨化程度获得最佳表现：Lac/AgNP/PGE-2B的功率密度(20.629μW cm^?2)显著优于铜基变体(17.39μW cm^?2)。稳定性测试表明纳米颗粒的抗菌特性延长了电极寿命，20天后仍保持62.93%活性。

该研究突破性地将植物化学与纳米技术结合，开发出性能超越传统材料的生物阴极。其创新点在于：1)利用植物源功能基团实现无媒介直接电子传递；2)通过石墨硬度调控优化界面特性；3)建立可规模化的浸渍涂覆工艺。这不仅将EBFC电极成本降低80%，更推动了生物能源器件的微型化发展，为可穿戴设备供电等应用奠定基础。D. Shruthi Keerthi等学者的工作，标志着绿色纳米材料在生物电催化领域的重要进展。