在环境污染和能源短缺问题日益严重的今天,微生物燃料电池（MFC）由于其能够同时实现污水处理及电能输出而备受科研工作者的关注。自1911年微生物电化学现象的发现开始,在过去近百年时间里,MFC在各方面都取得了长足的进展。但是,输出功率低仍是目前MFC面临的主要问题,MFC阳极材料与MFC性能密切相关。因此设计出稳定高效的阳极材料是改善MFC性能的关键因素之一。基于钨基纳米材料在光催化、电催化等相关领域的优异表现,以及S、N等元素在MFCs中的优势,本论文设计和制备了不同的钨基纳米材料应用于MFC阳极,取得了良好的性能表现,实现了产电微生物的大量富集,并探究了材料的相关性质及影响产电微生物胞外电子传递过程可能存在的机制,具体研究内容如下:分别采用水热法、热还原法制备了氧化钨（WO3）、硫掺杂的氧化钨（S-WO3）和氮化钨纳米颗粒（WN）,通过机械复合法制备了氮化钨-还原氧化石墨烯复合材料（WN-r GO）。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜对所合成的WO3、S-WO3、WN纳米颗粒进行形貌表征,采用X射线衍射谱、X射线光电子能谱、选区电子衍射谱对它们的物理结构进行表征。结果表明,所合成的S-WO3、WN纳米粒子尺寸均匀,颗粒结晶度高,杂质含量少。进一步通过循环伏安（CV）和交流阻抗（EIS）测试来表征各阳极材料的电化学性能。S-WO3和WN-r GO阳极均表现出良好的电容性和导电性能,因此能够有效降低阳极电阻,从而使得电池能量损耗降低,提高能量的回收效率。考察了几种阳极材料所构建的MFCs的电池性能,结果表明相比于碳布（CC）阳极,S-WO3和WN-r GO作为MFC阳极对于电池的输出电压和功率密度都有了很大程度的提升。在输出电压方面,S-WO3阳极和WN-r GO阳极的峰值电压达到了577m V和596m V,功率密度分别为2005.8m W/m~2、2976.3m W/m~2,分别比CC阳极提高了91.68%和184.4%。对MFC阳极表面微生物群落进行16S r DNA测序分析,结果表明,阳极表面产电微生物以Geobacter为主,其中S-WO3和WN-r GO阳极生物膜中Geobacter所占比例分别达到77%和84%,高于体系中其他的对照组,与它们较高的功率密度结果是一致的,说明阳极材料表面产电微生物相对丰度与电池的输出性能呈现正相关趋势。通过差分脉冲伏安法和密度泛函理论计算分析WN阳极产电微生物胞外电子传递可能的机理是细菌外膜C型细胞色素主导的胞外电子传递过程,根据构建的WN与卟啉铁电子传递模型的数据,在整个电子传递的过程中,是WN纳米粒子起到了主要的贡献作用。本文为钨基纳米材料在微生物燃料电池阳极的研究提供了参考。