生物电化学系统作为清洁能源,特别是微生物燃料电池（MFCs）受到广泛关注。微生物燃料电池（MFCs）是一种以微生物为催化剂,将化学能转化为电能的装置,在有机废水处理、环境监测、生物传感器、H₂等清洁能源的产生以及发电等实际生产活动中有广阔的应用前景。然而,MFCs的研究和利用还处于起步阶段,输出功率低、成本高是阻碍其商业化的主要问题。针对以上问题,本文将展开以下探究:（1）MnO₂改性阳极在单槽式微生物燃料电池（SC-MFC）中的性能研究。首先,通过水热法合成MnO₂,通过SEM等表征手段发现其为纳米片结构,具有较好的结晶性能,并且表面附着较多纳米线,N₂等温吸附实验结果显示其比表面积为35.47 m² g^-1。将MnO₂与碳布复合之后,作为MFCs阳极,并进行电化学性能测试,结果显示MnO₂改性阳极最大电功率密度为21.79 mW m^-2,较未改性的碳布阳极电功率密度提高了188.49%。（2）本研究尝试将五倍子提取物（GWE）作为天然催化剂用以增加MFC的电功率输出。五倍子提取有效成分为单宁酸（TA）和没食子酸（GA）,高效液相色谱法测得随着提取温度的增加,TA和GA含量增加,在85℃时GA的含量达到471.27mg L^-1。此外,电化学分析表明,添加GWE可以显著促进MFCs的发电,当浓度为1000 mg L^-1最大电功率密度达到67.77 mW m^-2。与茶叶提取物相比,GWE不仅拥有最丰富的抗氧化剂,而且在MFCs中显示出最佳的催化性能。（3）本研究通过双槽微生物燃料电池（DC-MFCs）模块对肾上腺素（EP）和多巴胺（DA）的生物能量刺激能力进行了定量评价。揭示了EP和DA与其他物质的氧化还原介导特性,提出了生物能量驱动的反应机制。与维生素B₂（VB）、维生素C（VC）、没食子酸（GA）相比,EP和DA的循环伏安曲线中均表现出稳定且可逆的氧化还原电位峰。将五种物质添加到MFC中,EP和DA在MFCs中显示出最佳的电催化特性,最大电功率密度分别为54.57±0.23 mW m^-2、41.34±0.66 m W m^-2。说明DA和EP可作为电子中介体（ESs）,有效激发多细胞生物电子传递能力。