[01474522]微生物燃料电池关键电极材料研究

在自然界中,一些微生物（如Geobacter 和 Shewanella 等）可在利用有机质的过程中释放电子, 这些微生物称之为电活性微生物（ electroactive microorganisms, EAMs）。EAMs 这种释放电子的行为称之为胞外电子传递。微生物燃料电池（MFC）就是基于微生物的胞外电子传递发展起来的一种微生物电化学技术（MET）。MFC可以利用富含有机质的农业废弃物、动物排泄物以及生活污水作为燃料。它们可去在除水、污泥或土壤中污染物的同时回收部分能源或资源,因此是一种新型的污水处理和资源化技术。然而,MFC在实际的污水处理中的应用还是受到了极大的限制,主要的原因在于MFC的产电性能相对较低。MFC 的产电性能决定了其去污能力,低的产电性能将导致低的去污效率。电极材料是MFC 的核心部件,是决定MFC的产电性能和成本的关键因素,因此也是推进MFC 实际污水处理应用的关键。本成果主要内容是微生物燃料电池的关键电极材料研究。本研究包含两方面的内容 1.低成本、高性能的三维大孔微生物阳极的开发研究; 在阳极引入三维结构,开发了电纺碳纤维毡、层状波纹纸板碳、弹性碳泡沫和修饰不锈钢等高性能三维阳极,揭示了孔隙尺寸、结构与EAMs生长之间的规律,提出了可应用于实际污水处理的MFC阳极的材料和结构。对金属材料（如不锈钢）进行表面修饰,以实现优异生物相容与高强度、高导电性能的融合,提高EAMs与电极间的电子传递速率。 2.低成本、高性能杂元素掺杂碳氧气还原反应阴极开发 以低成本的三聚氰胺泡沫、资源丰富的纤维素等为原料,制备了廉价、高效的氮、磷共掺杂碳阴极氧气还原催化剂,以提高MFC的产电和去污性能,降低材料成本,推进MFC 在实际污水处理中的应用。 研究成果发表在Energy Environ. Sci, ChemsusChem, J. Power Sources, J. Mater. Chem.,等国际权威杂志。发表论文的最高影响因子为29.5,5篇核心论文总影响因子104,总他引次数接近于400次。