电活性生物膜(Electrochemically active biofilms, EABs)是指一类能够直接与胞外固态载体(铁氧化物、腐殖质以及电极等)进行电子交换的生物膜。电活性生物膜载体材料的性能决定了输出功率密度的大小。因此,比表面积、表面基团、电阻特性、亲和力、电容特性以及粗糙度是选择高效生物载体材料主要考虑的因素。本课题从三维阳极电活性生物膜的电子传递过程着手,并对电活性生物膜介导Cu2+的生物还原进行应用探究。主要研究结果包括以下几个方面：1.成功选取了两种具有廉价、良好的导电性、大比表面积、高孔隙率以及优良稳定的化学性能的高效生物载体材料——天然板栗苞和天然丝瓜络。板栗苞活性炭(Chestnut Shell Carbons, CSC)的海胆层次结构为微生物物的生长和吸附提供了一个优良的载体。丝瓜络活性炭(Loofah Sponge Carbon, LSC)作为电活性生物膜的阳极载体,它的输出功率密度为1090±72mW m-2,是目前报道较高的材料之一。它是一种具有较好前景的可再生天然材料,而且具备低成本、高性能、环保等优势。2.通过聚苯胺碳纳米颗粒修饰丝瓜络,改善其表面的微观结构,得到了一种富含氮的碳纳米颗粒—CP-LSC。通过这种修饰大大提高了比表面积,增加了阳极材料微生物的承载量和细胞外电子的传递速率(EET),通过电极的改性,改变电极的电容特性、电荷特性,从而提高微生物与电极间的亲和力,提高能量效率。3.电活性生物膜广泛存在于环境中,在土壤原位修复、生物传感器制作、绿色能源生产、污水处理和电能输出、有机物电合成等方面具有重大的意义。本文最后一部分主要是对电活性生物膜处理环境中污染物的方式进行了探究,尤其是对Cu2+的生物还原。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)对Cu元素的形貌、含量以及价态进行分析,结果表明电活性生物膜能够利用乙酸作为电子供体,Cu2+作为电子受体,将Cu2+还原转化成Cu或Cu+。同时,通过激光共聚焦显微镜(LSCM)观察Cu2+对微生物的影响,结果显示Cu2+对微生物有明显的毒害作用,所以电活性生物膜介导Cu2+的转化只能在较低的铜离子浓度下进行。此研究为电活性生物膜应于环境中铜离子的固定和回收提供理论依据。