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微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)是可以将废水中有机物直接转化为电能的新型、绿色的水处理工艺。作为一种电化学及生物化学相结合的复杂过程,MFC的性能受多种因素的影响。其中,电极材料及电极生物膜是影响MFC性能的两个核心因素。本论文选取碳毡为基础电极材料,使用新型有机材料：硅烷偶联剂,导电聚合物,对MFC的阳极,阴极,或生物阴极进行修饰,考察其对MFC产电性能和电极生物膜菌群结构的影响,意在探讨电极修饰材料、电池性能和电极生物膜三者之间的关系。三种硅烷偶联剂KH550, KH580和KH792应用于MFC阳极的修饰,结果表明,带氨基的KH550和KH792能够有效地提升MFC的产能,其功率密度分别可以提升50%和28.5%。而带巯基的KH580不能提升MFC性能,还减缓了的启动速度。根据对电极生物膜的群落分析结果,阳极生物膜(无论修饰前还是修饰后)的主要微生物群落是变形菌(Proteobacteria)和厚壁菌(Firmicutes)。经过修饰后,电极上菌群结构发生变化,其生物多态性要高于修饰前,且这种变化主要来自电极材料对微生物吸附效果的差异。此外,结合硅烷偶联剂的分子结构和电极上微生物菌群结构,可以得出,材料的官能团对于电极生物膜菌群结构的影响,大于材料的烷基链结构。两种导电聚合物材料,聚苯胺(PANI)和聚苯胺邻氨基酚(PANOA)用来对MFC的阳极进行修饰,分别可以将MFC的功率密度提高35%和18%。经过修饰后,阳极上生物量增大,生物膜的生物多样性同样得到了提高。实验中还选用了四种导电聚合物聚苯胺(PANI),聚苯胺邻氨基酚(PANOA),聚苯胺-2,4,二氨基酚(PANDAP)和聚苯胺-1,8,萘二胺(PANDAN)对MFC的阴极进行修饰。在非生物阴极组中,四种导电聚合物在阴极的化学催化作用可以将功率密度提高300%左右。其中最高的是PANOA和PANDAP;在生物阴极组中,性能最好的则是PANDAP和PANDAN,可以将产能提高180%。在导电聚合物的化学催化和阴极生物膜的生物催化共同的帮助下,MFC的功率密度可以从35.3mW/m2,提升至285mW/m2。修饰材料上的官能团可以给MFC带来进一步的效应。如羟基帮助降低MFC性能受阴极DO和pH变化的影响；而氨基则有利于微生物的快速富集,并增大电极附着的生物量。寻找新型高效、低成本的电极是现在,乃至未来MFC研究中的热点,而电极材料与电极微生物之间的关系亦是研究中的关键问题。对于电极材料、电池性能和电极生物膜性质三者之间的关系,还需要得到我们更多的关注和努力。