微生物燃料電池中陽極材料的研究進展

任玉瑩，劉玉香

（太原理工大學環境科學與工程學院，山西太原030024）

利用廢水作為能源被認為是滿足日益增長的能源需求并作為化石燃料替代品的有前景的方法〔1-2〕。近些年研究者對作為同時產生能量和降解有機污染物的微生物燃料電池（MFC）給予了相當大的關注〔3-4〕。MFC通過微生物將有機物質中的化學能直接轉化為電能，在實現降解污染物的同時還能產生電能〔5-6〕。盡管研究者已經做出了許多努力來提高MFC的性能，但功率密度差、電子轉移效率低、膜成本高限制了MFC的性能，并阻礙了其大規模應用〔7-8〕。MFC的性能高度依賴于陽極材料，因為陽極材料在MFC中影響生物膜/陽極界面處的電子轉移速率〔9-10〕。陽極的性能要求包括大表面積、良好的生物相容性和良好的穩定性〔11〕，同時陽極材料本身也應該是一個良好的導體，從陽極周邊區域收集電子的同時促進電子傳輸。為了提高陽極的性能，調整陽極表面形態和化學性以增強電子轉移過程至關重要。然而最常見的陽極材料，如碳基材料（碳刷、碳氈、碳布、碳紙等），由于微生物在它們表面上黏附不充分，導致其在MFC中使用時具有疏水性，增加了電子轉移的界面電阻〔12-13〕。

為了克服這一障礙并改變碳質陽極材料的表面性質，研究者致力于陽極改性和研發新型陽極材料。他們引入了各種改性方法，例如化學官能團處理、物理處理、酸熱處理、過渡金屬涂覆電化學氧化技術〔14-15〕，其中過渡金屬納米粒子是表面改性的有效催化劑，因為它們具有大的表面積和反應性、穩定性、選擇性〔16-17〕。……