研究人员开发了一种新的机制来保护酶免受燃料电池中的生物催化剂——氧气的作用。这种酶，被称为氢化酶，与贵金属催化剂一样有效，但当它们与氧气接触时不稳定。因此它们尚且不适合用于技术应用。科研人员开发的新的保护机制是以消耗氧气的酶为基础的，这些酶从糖中提取能量。

图片所示为研究人员在上述电化学电池中进行生物燃料电池的测试 图片来源：德国波鸿的鲁尔大学

一个国际研究团队开发了一种新的机制来保护酶免受燃料电池中的生物催化剂——氧气的作用。这种酶，被称为氢化酶，与贵金属催化剂一样有效，但当它们与氧气接触时不稳定。因此它们尚且不适合用于技术应用。科研人员开发的新的保护机制是以消耗氧气的酶为基础的，这些酶从糖中提取能量。研究人员证明，他们能够利用这种保护机制生产出功能良好的生物燃料电池，该电池以氢和葡萄糖为燃料。

德国波鸿的鲁尔大学电化学科学中心的Adrian Ruff博士和Wolfgang Schuhmann教授领导的研究小组与马克斯普朗克化学能转换研究所的同事以及里斯本大学的同事于2018年9月10日在“Nature Communications”杂志上发表了一篇文章，描述了这一科研结果。

早期的保护机制降低了电池性能

来自波鸿电化学科学中心的研究小组在早期的研究中已经证明，通过将氢化酶嵌入聚合物中，可以保护它们免受氧气的侵害。然而，这种机制消耗的电子会降低燃料电池的性能。”Adrian Ruff说。“此外，部分催化剂被用来保护酶。”因此，科学家们正在积极寻找将催化活性系统与保护机制分离的方法。

酶吸收氧气

借助两种酶，他们在产生电流的电极周围建立了一个除氧系统。首先，研究人员在电极上涂上氢化酶，氢化酶嵌入到聚合物基质中，然后将它们固定在合适的位置。然后，他们将另一种聚合物基质置于氢化酶的顶部，完全封闭了底层的催化剂层。它含有两种可以使用糖将氧气转化为水的酶。

氢在底部的含氢化酶层中被氧化。电极吸收过程中释放的电子。顶层去除有害的氧气。

聚合物基生物燃料电池

在进一步的实验中，该小组将上述生物阳极与生物阴极结合，这些生物电极也基于葡萄糖的转化。通过这种方式，该团队生产了功能良好的生物燃料电池。电化学科学中心主任兼卓越鲁尔探索公司成员Wolfgang Schuhmann总结道：“廉价和丰富的生物质葡萄糖不仅是保护系统的燃料，而且还驱动生物阴极，从而在电池中产生电流。”该电池的开路电压为1.15V，该数值是含有聚合物基生物阳极的电池所达到的最高值。

共通的酶机制

Wolfgang Schuhmann说：“我们认为，如果选择合适的酶来催化相应的截留反应，这种保护性屏蔽机制背后的原理可以转移到任何敏感的催化剂上。”