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微生物燃料电池（Microbial fuel cells,MFCs）能够将转化有机物为电能,受到了越来越多的关注。高性能阳极材料的制备是制约其发展的关键因素之一。阳极材料的性质影响产电微生物的粘附、胞外电子传递、代谢及群落结构,进而影响MFCs性能。而传统阳极材料表面积小、生物相容性一般、电子传递阻抗大、效率低。针对这些问题,本文将石墨烯和过渡金属硫化物复合作为MFCs阳极(Fe S2/r GO阳极、Co S2/r GO阳极和FexCo1-x/r GO阳极),利用石墨烯导电性好、表面积大以及铁钴硫化物能促进电子传递并快速富集产电菌的优点以期改善阳极的生物相容性和电化学性能,同时对阳极室的微生物群落进行了分析。首先,通过水热反应合成了Fe S2/r GO复合物,分别将其制备成二维阳极和三维独立阳极,运行发现二维阳极具有更小的电荷转移阻抗且电压更稳定;对比Fe S2/r GO阳极、r GO阳极和CC阳极,发现Fe S2/r GO阳极将启动周期缩短到了54 h,相比商业的CC阳极缩短了90.2%,并获得了较高的平台电压、更高的功率密度（3.22 W/m~2）、更高的COD去除率（86.40%）和更高的库伦效率（9.34%）;电化学测试表明,Fe S2可以作为“桥梁”介导细胞色素蛋白参与的电子传递;同时,Fe S2/r GO阳极具有良好的生物相容性,并且能够在混菌群落中富集更多的产电菌Geobacter（79%）。Fe S2与Co S2性质较为相似但Co S2的导电性更好。为了进一步提高阳极的电化学性能,合成了Co S2/r GO复合物并通过优化条件,确定硫源和氧化石墨烯质量比为1:1条件下通过水热反应并后续进行热处理为最佳合成条件,获得的Co S2/r GO复合物颗粒分布最均匀并且电化学性能最优。将其作为阳极组装成MFCs,电池在57 h迅速启动。获得了3.43 W/m~2的最大功率密度、92.2%的COD去除率、13.7%的库伦效率,相比于Fe S2/r GO阳极分别提升了6.5%、6.7%和46.7%。对阳极微生物群落进行解析,发现Co S2/r GO（S/r-1）阳极中产电菌Geobacter的含量最高,为72.09%;石墨烯和产电菌Pseudomonas在阳极生物膜中的丰度呈现了一定的相关性。Fe S2/r GO与Co S2/r GO在启动时间、生长生物膜的阻抗和功率密度等方面各有优势,因而合成铁钴硫化物FexCo1-x/r GO复合物以期能够结合二者的优势,来进一步提升阳极性能。组装MFCs后,阳极启动时间最短为67 h,平台电压最高为0.646 V,COD去除率为90.5%,库伦效率为10.78%;最大功率密度为3.65 W/m~2,相比于Co S2/r GO提升了6.4%;且长期运行仍能维持较高电压;CV和DPV结果显示,加快的电子传递可能来自于促进了外膜蛋白参与的电子传递过程;高通量测序显示,阳极生物膜微生物群落中存在四种胞外产电菌Geobacter、Acrobacter、Comamonas和Pseudomonas:Acrobacter在FexCo1-xS2/r GO阳极中的丰度远大于CC;Pseudomonas的丰度与石墨烯表现出了一定的相关性。从空间分布的角度考察游离和附着的微生物的群落结构,发现二者差异较大,且存在一些规律:Geobacter在溶液中的丰度远低于阳极生物膜;在溶液中和阳极表面,分别富集了不同种的Pseudomonas和Comamonas。在阳极液中富集了P.otitidis,而P.guangdongensis、P.citronellolis和C.denitrificans则几乎只在生物膜内出现;由主成分分析可知,群落结构受生长/附着环境影响较大。综上,三种过渡金属硫化物/石墨烯复合物作为MFCs阳极均表现出了良好的性能。其中FexCo1-xS2/r GO阳极取得了最大的功率密度（3.65 W/m~2）;Co S2/r GO阳极获得了更高的COD去除率（92.2%）和库伦效率（13.7%）;分析生物膜的群落,发现Fe S2/r GO富集了更高比例的Geobacter,而Co S2/r GO和FexCo1-x/r GO则富集了更多种类的胞外产电菌。阳极在多方面影响MFCs性能和生物膜微生物群落,为未来设计高性能的阳极材料提供了重要参考。