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微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)是一种可以利用污水发电的装置,因而具有非常巨大的潜在用途。然而目前的MFC存在着输出功率低等普遍问题,其中阳极材料是影响MFC性能的主要的因素之一。性能优异的阳极材料应该具备导电性能强、化学性质稳定、比表面积大等优点。金属有机框架材料(MOF)具有比表面积大、多孔、材料组成可调的特点,是一种潜在的电极材料。本论文制备了铜、锌的MOF材料,掺入客体金属盐,高温碳化并洗涤,最终得到具有多级结构的纳米硅藻材料,考察了其作为MFC阳极的性能以及材料组成对MFC性能的影响。通过水热法合成经典的MOF材料HKUST-1,经过碳化、洗涤等处理后最终制备四种具有硅藻形态的碳材料,记为Cu-ATM、Cu-ATT、Zn-ATM、Zn-ATT。通过对四种纳米硅藻材料的一系列物理表征,证明材料的成功合成。综合评价结果表明,四种材料的石墨化程度相近,其中以Cu-ATM的形貌硅藻化程度最高,相应的比表面积最大为841.94 m~2/g,远大于Cu-ATT、Zn-ATM和Zn-ATT。电极的电化学测试说明纳米硅藻材料能降低阳极电阻,且Cu-ATM电阻最小。考察了Cu-ATM、Cu-ATT、Zn-ATM、Zn-ATT四种材料作为MFC阳极的性能。研究表明四种材料对MFC性能都有一定程度的提升,其中对于MFC的输出电压来说,以Zn-ATM最高为0.635 V,且启动时间最短为2.2天,碳布电压最低(0.587 V),启动时间最长为7天。对于MFC的输出功率,则以Cu-ATM最高为3.30 W/m~2,其次是Cu-ATT为3.10 W/m~2,碳布最低为2.44 W/m~2。同样的,Cu-ATM材料组装的MFC具有更高的COD去除效率,COD降解率最高为74.41%。电极微生物群落分析表明阳极微生物主要为产电菌Geobacter,材料组成影响微生物群落结构,其中Cu-ATT电极表面Geobacter占比最高,与其其较高的功率密度的结果一致,表明材料对产电菌的富集亦是改善MFC性能的主要原因。总之,四种纳米硅藻材料对MFC的产电性能具有一定的提升,对比各个材料,Cu-ATM和Cu-ATT的结构稳定、导电性好、电池性能等方面均优于Zn-ATM和Zn-ATT,说明基于Cu的材料更佳。与此同时,通过对比掺ATM和ATT显然掺ATM效果更好。本论文所制备的纳米硅藻材料有望成为一种新型的电极材料,并为构建高性能的MFC阳极材料提供了一种新的思路。