[00139598]基于低维碳纳米复合材料的微生物燃料电池阳极的研究

微生物燃料电池是采用生物催化剂直接将储存在有机质中的化学能转化为电能的装置。随着化石燃料的逐渐枯竭,这种利用可再生能源的发电体系正在受到广泛的关注。目前,生物燃料电池的产电效率仍然很低,如何有效地提高生物燃料电池的输出功率,保持其放电的稳定性和持久性,仍然是制约生物燃料电池应用的一个关键性问题。其中一个重要原因是细菌和电极之间超电势太高,不能快速有效地进行电子传递。本申请项目拟以低维碳纳米材料（如碳纳米管、石墨烯等）为研究对象,发展具有分散性好、比表面积大、尺寸均一的功能复合材料的制备方法。采用聚合物（如聚吡咯,壳聚糖等）对碳纳米材料进行包覆,然后对所得到的复合材料进行电化学活化,改善材料的生物相容性,缩短电子传递的距离,提高细菌的放电活性,继而提高细菌和电极之间的电子传递效率,同时构建低维碳纳米复合材料生物电极的微观模型,为提高生物燃料电池的输出功率提供新的指导思路。 （1）本项目制备了聚吡咯/碳纳米管、聚吡咯/金纳米粒子、石墨烯-铂纳米粒子-聚吡咯复合材料,探索了复合材料的制备工艺,调控材料的形貌、尺寸、粒径分布等理化性质。 （2）对所制备的复合材料进行表征,将复合材料修饰在碳纸电极上,采用电化学方法对电极材料进行活化,改善电极界面的电荷分布;将金纳米粒子吸附在对复合材料表面,改善材料的生物相容性。 （3）采用电化学方法,对电极进行初步的测试分析。组装微生物燃料电池,在电极表面接种细菌,考察生物膜在电极上的吸附生长过程,研究生物膜的生长时间的变化,考察材料各组分之间的协调作用机制。 （4）启动生物燃料电池,记录电池的电压电流的变化,通过设计对比实验,分析碳纳米复合材料修饰电极的性能,考察材料的生物相容性、组成、形貌、尺寸等对微生物燃料电池放电性能的影响,构建低维碳材料生物电极微观结构模型。 在项目的支持下,发表研究论文6 篇,其中被SCI收录4 篇,项目负责人作为通讯作者发表SCI 二区以上收录论文4 篇,申请专利2 项。