随着时代的发展和社会的进步,环境污染问题日益受到各界的关注,清洁能源也成为当前研究的热点。在针对清洁能源利用的研究中,生物燃料电池因其高效率、低污染的优点而受到广泛的关注。而在生物燃料电池的研究中,生物阴极上氧还原的催化效率是制约生物燃料电池发展的重要因素之一。因此,构建生物阴极界面就显得尤为重要。在环境污染的治理方面,生物传感器因其高灵敏度和低成本的特点收到了广泛的关注;从生物电化学传感器的发展历史看,每一代的传感器研究都离不开稳定的电极表面的构建。因此,构建高效、稳定的生物阴极界面,不仅能够为生物燃料电池的发展提供参考,也可以为生物电化学传感器的研究助力。基于此,我们从小漆酶入手,通过比较间接电子转移和直接电子转移的优劣势,结合小漆酶自身的特点,选取生物兼容性和导电性俱佳的碳纳米材料作为电极材料,确定了构建直接电子转移界面的实验方案。我们对重组型小漆酶的表达和纯化条件进行了探索和优化,实现了活性小漆酶(2.1476U/mg)的大量制备。相关蛋白结构表征结果显示,该重组型小漆酶保持了以铜离子为活性催化位点的负电型二聚体完整结构,其粒径大小大约为6~7nm。我们对多种碳材料修饰酶电极的氧还原催化效果进行了比较。实验表明,碳材料修饰量均为10μL(1mg/mL)时,表面曲度较大的碳材料修饰酶电极对于氧还原的催化能力明显强于表面曲度较小的碳材料修饰酶电极。其中,SWCNTSLAC修饰电极的氧还原催化电流最大,其响应强度(0.85μA,0.08V vs.Ag/AgCl)约为Graphene-SLAC电极氧还原电流强度(0.25μA,0.11V vs.Ag/AgCl)的3倍。在进一步的机理研究中,我们结合电化学实验结果,利用Laviron方程对小漆酶与碳材料表面直接电子转移速率进行了理论计算,并通过ATR-FTIR光谱表征定量分析了小漆酶在不同碳材料表面的分子取向,最终建立了碳纳米材料表面曲度调控小漆酶直接电催化行为的模型,即通过增强与SLAC里容纳T1 Cu的疏水空腔的疏水相互作用和表面结构互补等方式,提高其与SLAC的良性对接率,进而缩短导电表面与活性铜位点的电子转移距离,加快直接电子转移速度;与之对应地,大管径或平面碳材料与小漆酶的相互作用较弱,易使其形成无序固化取向,导致直接电子转移速率和催化电流的降低。该模型的建立,为基于纳米碳结构的生物电化学界面设计与构筑时提供了一种新思路和新方法。