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高丽大学机械工程系Sungsoo Na课题组--漆酶在石墨烯界面上的固定化:直接电子转移和分子动力学研究

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  • 时间:2020-05-26 15:58:11

 

       生物催化剂中的直接电子转移(DET)和电极界面处生物催化剂的相互作用是电化学设备发展的关键问题。与高性能复合电极相比,基于石墨烯的电极具有出色的导电性、材料特性和低成本,因此备受关注。漆酶(LAC)是一种具有高催化活性的氧还原酶,可应用于阴极,然而LAC的固定化以及LAC和石墨烯之间形成反应界面很少被研究。在这项研究中,使用循环伏安法和电化学阻抗谱电话学实验,并且确定了石墨烯与Au和碳纳米管的比,其氧还原率最多增加了1.57倍。此外,DET速率表明,石墨烯在固定的LAC上的行为更为有效。此外,吸收的形态是可视化的,并应用计算方法来验证原子级的结合位点、方向、结构和结合亲和力。使用不同的疏水氨基酸对T1 Cu位点的轴向配体进行突变,并比较了突变对界面相互作用的影响。根据我们的实验和理论结果,在无关键结构变化的情况下,LAC在石墨烯上的固定作用要强于在带电表面上的固定作用。

       Fig. 1 裸露和LAC吸附电极的SEM图像:(a)裸Au SPE电极,(b)裸Au/CNT,(c)裸GPH SPE,(d)含LAC的Au,(e)含LAC的Au/CNT,以及(f)含LAC的GPH。比例尺表示500 nm,酶单体的直径约为10nm。

       Fig. 2(a)裸金、用CNT修饰的Au以及裸GPH电极的循环伏安曲线。(b)吸收LAC后的循环伏安曲线。扫描速率为50 mV/s,使用空气饱和的PBS缓冲液(pH 4.5)。

       Fig. 3 使用Laviron方法确定随扫描速率变化的ET速率。(a)Au-LAC,(b)Au/CNT-LAC和(c)GPH-LAC,扫描速率以20 mV/s的间隔从10至150 mV/s。插图:峰值电流密度和峰值电势与扫描速率(v,mV/s)的线性相关。

       Fig. 4 在0.1 M PBS中记录的CV,pH = 4.5,扫描速率50 mV/s:(a)裸露和LAC固定的Au,(b)裸露和LAC固定的Au/CNT,(c)裸露和LAC固定的GPH。虚线表示空气饱和缓冲液测试,实线表示O2饱和缓冲液测试。 

 

  相关研究成果于2020年由高丽大学机械工程系Sungsoo Na课题组,发表在Applied Surface Science(doi.org/ 10.1016/j.apsusc.2020.146378)上。原文:Immobilization of laccase on a graphene interface: Direct electron transfer and molecular dynamics study