Enzymatic Biofuel Cells Using Fe-N/CNT and Enzyme Molecules as Both Anodic and Cathodic Catalysts

Abstract

효소기반 바이오연료전지는 효소로 구성되어있는 전극을 이용한 연료전지이다. 효소를 담지하기 위한 담지체로는 일반적으로 탄소계열 물질을 사용하며 주로 탄소나노튜브, 그래핀 등을 사용한다. 본 연구에서는 담지체로 탄소나노튜브에 포피린과 유사하게 Fe-N 배위결합된 Fe-N/CNT을 통해 산화극 및 환원극 두 전극의 담지체로 이용하였다. Fe-N/CNT는 담지체의 역할 뿐만 아니라 산소 및 과산화수소에 대한 촉매적 작용을 하며 이는 두 전극에 적용하기에 적합하다. 환원극의 경우 Fe-N/CNT가 백금과 같은 금속촉매와 유사하게 우수한 산소환원반응성을 가진 것으로 이미 보고된 바 있으며, 산화극의 경우 산소조건에서 글루코스와 글루코스 산화효소(Glucose Oxidase, GOx)에 의해 생성된 과산화수소가 Fe-N/CNT의 Fe-N와 반응하여 낮은 과전압으로 산화전류를 생성한다. 촉매의 성능을 확인하기 위해 반전지로 전기화학적 평가를 실시하였고, 실제 연료전지 Kit를 이용하여 완전지의 성능 또한 확인하였다.