Page 125 - 化工产品质量与安全管理

第四章 化学产品检测技术应用及质量控制

的析氧性能研究通常在两种情况下进行，酸性电解质与碱性电解质中。均相催化
剂与非均相催化剂两种类型共同构成非贵金属催化剂。均相催化剂由于其本身易
于与电解液发生扩散，导致催化剂中金属离子的流失，使催化稳定性逐渐降低。

同时，非均相催化剂结构及形貌可控，因此非均相催化剂显然是更加适合进一步
发展为高性能析氧催化剂。目前非贵金属非均相催化剂研究有了显著的进展，主
要有以下几种：非贵金属氧化物、非贵金属氢氧化物 / 氢氧氧化物、非贵金属有
机框架化合物及其他非贵金属纳米催化物。除了以上几种催化剂外，氮化物、磷

化物、硫化物等纳米材料也成为人们关注的重点。
（三）碳材料析氧催化剂
析氧催化剂构建常用的碳材料主要有石墨烯（Graphene）与碳管（SWNTs）。
Graphene 是由单层碳原子以二维蜂窝晶格结构堆积而成的纳米材料，同时具有

sp，sp2，sp3 杂化轨道。因其优异的电学及热力学性质，在成为高性能复合材料
方面获得广泛关注。SWNTs 是由六元环排列的碳原子构成的管状结构，卷曲薄
片为单层或多层。该六元环结构中同时含有 sp2 和 sp3 杂化结构，管壁含有小洞
状的缺陷，并结合有一定的官能团，有较好的催化活性，是近些年来的热门析氧

催化研究对象。关于 Graphene 及 SWNTs 在析氧催化剂方面的研究近些年来层出
不穷：碳材料与金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、金属氢氧化物，或碳材
料本身掺杂杂原子结合，均是有很好催化性能的析氧催化剂。
（四）漆酶析氧催化剂

漆酶（Laccase）是一种多酚氧化酶，含有四个铜离子活性中心，这个特性
使漆酶有潜力成为很好的析氧催化材料；同时，Laccase 来源广泛，在为一种
可再生材料，使用过程及结果都非常绿色清洁。在早期大量工作中，都显示出
Laccase 是很好的氧还原材料，有着不错的氧还原性能，但很少有工作将其应用

于析氧催化剂合成，且均催化性能不佳，稳定性有待改进。传统的析氧催化剂合
成材料多使用不可再生材料，但在 Pita 等人文章中，提出以 Laccase 这种可再生
材料合成析氧催化剂，并在使用过程中降低能量消耗，不产生污染。将 Laccase
与氨基修饰的 Graphene 电极结合，合成析氧催化剂 Laccase-LDG，同时相比于

之前提出的以 Laccase 为催化剂的析氧催化剂，Laccase-LDG 在大幅提高析氧性
能的同时，稳定性也有了很好的增加：pH为7.4的PB溶液中，在电压为1.2VvsNHE
时产生电流为 80μA，并且在 18h 后响应电流无明显下降。该催化剂性能大幅提

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