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微生物燃料电池利用污泥或者水中的有机物作为燃料，将化学能转变为电能，不仅产电，而且减少了污染，因此被认为是绿色能源。微生物燃料电池由阳极，电解液和阴极组成，阳极接受细菌代谢产生的电子传递给阴极发生氧还原反应。然而，低的功率密度限制了微生物燃料电池的实际应用，影响其功率密度的主要因素是和细菌直接接触的阳极材料。
通过细菌将有机物转变成电能主要涉及两大机理，生物膜机理和小分子氧化机理。据此本论文设计并制备出双功能催化剂，详细研究了特备材料的物理化学性能。
制备出纳米孔状复合物聚苯胺/介孔三氧化钨(PANI/m-WO3)和纳米管状复合物碳化钼/碳纳米管(Mo2C/CNTs)，用作MFC非铂、亲生物性阳极电催化剂。m-WO3采用模板法合成，通过苯胺原位氧化法合成m-WO3与PANI复合物，纳米管状复合物Mo2C/CNTs采用Mo(CO)6作为原料前驱体与CNTs通过微波法进行合成。所制纳米复合物采用XRD、FTIR、FESEM、TEM等测试方法进行表征。纳米复合物作为基于大肠杆菌的MFC阳极电催化剂的性能通过CV、CA和电池放电实验进行研究。
研究表明，纳米介孔复合物展现了双功能电催化剂性能。使用PANI/m-WO3作为阳极催化剂的MFC最大功率密度达到0.98 W m-2，而单纯使用m-WO3和PANI作为阳极催化剂的MFC最大功率密度分别只有0.76 W m-2和0.48 W m-2。纳米介孔复合物增强MFC电化学活性主要归因于m-WO3良好的生物相容性和PANI的导电性。更重要的是m-WO3和PANI的复合增强了PANI在复合物中质子的嵌入和脱出电化学活性。
16.7 wt％Mo含量的纳米管状复合物Mo2C/CNTs展现了比纳米孔状复合材料m-WO3/PANI更高的电化学活性，可比得上20 wt％Pt/C阳极催化性能。作为非铂类阳极催化剂的MFC具有1.05 W m-2的最大功率密度，其优越的性能取决于纳米管状复合物Mo2C/CNTs在细菌将有机物转化成电能过程中展现的双功能催化活性。纳米管状复合物Mo2C/CNTs一方面形成生物膜，有利于电子通过细胞色素c和纳米导线传递;另一方面，Mo2C/CNTs对细菌代谢产物氢气氧化具有一定的电催化活性。