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日趋严重的环境污染问题和能源短缺问题,成为威胁人类社会发展的重大因素,因此,开发新型的清洁能源成为人类可持续发展的必经之路。微生物燃料电池（Microbial fuel cells,MFCs）是一种新型的生物反应器,它可以利用产电微生物把污水中有机物的化学能转化为电能,在进行污水处理的同时产生新的能源,因此被视为可持续的污水处理技术。在微生物燃料电池中,空气阴极的性能是影响电池电能输出的关键因素。因此,开发一种性能优越、成本低廉、实用性强的阴极催化剂是本文的主要研究目标。首先运用简单的水热法与高温焙烧的方法,制备出空心球状的Co/N-C纳米粒子,并以N-C作为对比,将这两种材料作为氧化还原反应的催化剂用于空气阴极微生物燃料电池中。经修饰的MFC的最大功率密度达到2514±59 mW m-2,比空白电池高出174%;交换电流密度比空白活性炭MFC高出238%;总电阻从13.017Ω降到10.255Ω;此外,Co/N-C四电子转移路径对其电化学催化活性也起着至关重要的作用;这些结果揭示了Co/N-C具有良好的电化学性能。Raman图谱中D峰与G峰的强度比从0.93（Co/N-C）下降到0.73（N-C）,说明Co有利于促进石墨化结构的形成。XRD与XPS结果表明,Co与N在石墨片上形成了化学键,并为ORR提供了活性点位。因此,可以预期所合成的Co/N-C不仅能成为一种优越的氧化还原催化剂,同时可以替代铂成为微生物燃料电池的阴极催化剂。随后运用高温磷化法,在氮气环境中制成了珊瑚石形状的CoP催化剂,并首次将其作为氧化还原反应催化剂应用到微生物燃料电池中,电化学测试结果表明,被修饰的微生物燃料电池表现出较高的开路电压,较低的内阻以及较好的稳定性。Tafel曲线的结果表明电极经改性后,交换电流密度有明显的增加,意味这氧化还原反应速率加快,反应所需活化能降低。电池最大功率密度达到1914.4±59.7 mW m-2,比空白活性炭MFC高出108.5%;RDE结果表明,CoP在反应过程中的四电子转移途径对其电化学活性起着重要作用。另外,材料表征结果表明,CoP的壳核结构,以及在CoP核周围形成的氧化层（CoOx）对氧化还原反应是非常有利的。