High-performance paper-based biocathode fabricated by screen-printing an improved mesoporous carbon ink and by oriented immobilization of bilirubin oxidase

胆红素氧化酶 羧甲基纤维素 介孔材料 纤维素 阴极 化学工程 材料科学 碳纤维 电极 介孔二氧化硅 化学 催化作用 复合材料 生物化学 冶金 复合数 物理化学 工程类
作者
Noya Loew,Isao Shitanda,Himeka Goto,Hikari Watanabe,Tsutomu Mikawa,Seiya Tsujimura,Masayuki Itagaki
出处
期刊:Scientific Reports [Springer Nature]
卷期号:12 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1038/s41598-022-19052-4
摘要

Abstract In this study, the performance of a paper-based, screen-printed biofuel cell with mesoporous MgO-templated carbon (MgOC) electrodes was improved in two steps. First, a small amount of carboxymethyl cellulose (CMC) was added to the MgOC ink. Next, the cathode was modified with bilirubin prior to immobilizing the bilirubin oxidase (BOD). The CMC increased the accessibility of the mesopores of the MgOC, and subsequently, the performance of both the bioanode and biocathode. CMC also likely increased the stability of the electrodes. The pre-modification with bilirubin improved the orientation of the BOD, which facilitated direct electron transfer. With these two steps, an open circuit potential of 0.65 V, a maximal current density of 1.94 mA cm −2 , and a maximal power density of 465 μW cm −2 was achieved with lactate oxidase as bioanode enzyme and lactate as fuel. This is one of the highest reported performances for a biofuel cell.
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