微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）作为极具发展潜力的新型绿色能源,因其无污染、可再生、反应条件温和、底物来源广泛、能够将有机废物或污染物降解的同时转化为电能等优势受到广泛关注。但是,MFC的性能远低于理想状态,其中较低的输出功率密度是限制MFC发展的主要因素,而阳极产电微生物与阳极界面的电子传递速率对其具有至关重要的影响。近年来,多孔材料的应用对MFC阳极界面电子传递速率有所提高,但是多孔纳米结构阳极是如何增强电子传递效率以及产电微生物在多孔纳米结构阳极上的电化学行为尚不清楚,这对MFC提出一定的发展思路并对多孔阳极材料设计提供了更高要求。本文通过在静电纺丝前驱体中附载不同模板的方式制备了三种层级多孔纳米线,分析层级多孔纳米线修饰MFC阳极后,对腐败希瓦氏菌CN32（S.putrefaciens CN32）生物电催化机制的影响。主要内容和结果如下:（1）以高分子聚丙烯腈（Poiyacrylonitrile,PAN）为前驱体,溶解在N,N-二甲基甲酰胺（Dimethyformamide,DMF）中,通过控制造孔剂Si O2的含量,经过静电纺丝、两步高温处理和酸蚀制备了5种不同的多孔碳纳米线,并将其用作腐败希瓦氏菌CN32 MFC的阳极材料。通过控制Si O2的含量,来调控多孔纳米线的多孔结构（微、介、大孔）。实验结果表明,在Si O2为造孔剂制备的5种材料中,其中Si O2的含量为6%时（HP-CNFsⅣ）表现出最佳的生物电催化性能,具有较大的比表面积和孔体积。其原因是因为HP-CNFsⅣ具有较为合理的微孔、介孔和大孔,孔之间相互连通协助,促进黄素类电子介体界面电子转移,从而表现出较好的生物电催化和更好的生物膜形成,使其在腐败希瓦氏菌CN32 MFC中获得的功率密度为1407.42 m W m-2。（2）采用金属-有机框架材料（Metal-Organic Framework,MOF）ZIF-8作为模板,以高分子聚丙烯腈PAN为前驱体,溶解在DMF中,通过控制造孔剂ZIF-8的含量,经过静电纺丝、真空过夜稳定、两步碳化处理和酸蚀制备了5种不同的多孔碳纳米线,并将其用作腐败希瓦氏菌CN32 MFC的阳极材料。通过控制ZIF-8的含量,来调控多孔纳米线的多孔结构。实验结果表明,这5种材料中,PAN/ZIF-8（40%）纳米材料具有最大的比表面积以及最大的孔体积,其中微孔、介孔和大孔含量均高于其他材料,其作为MFC阳极获得输出功率密度为2051.83 m W m-2,明显高于光滑纳米线和传统碳布阳极。其原因主要得益于PAN/ZIF-8（40%）纳米材料具有较为丰富的孔结构,其中以介孔为主,微孔、大孔为辅,多条多孔纳米线交汇贯穿形成网络结构,非常有利于生物膜的形成,促进黄素类电子介体界面电子转移,使其在腐败希瓦氏菌CN32 MFC中获得最佳的功率输出性能。（3）采用聚四氟乙烯乳液（Polytetrafluoroethylene,PTFE）作为软模板,以高分子聚合物聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol,PVA）为前驱体,溶解于二次水中。其中以5%（wt.%）的硼酸为交联剂,经过静电纺丝、高温真空处理以及高温碳化处理,PTFE高温热解气化,形成多孔纳米线。通过控制PTFE的含量,来调节多孔纳米线的比表面积和多孔结构。实验结果表明,本章制备的5种材料中,HP-CNFs（3-7）具有最佳的孔结构和最大的比表面积,促进了黄素类电子介体在界面的电子转移。同时,以其作为MFC阳极获得了最大输出功率。综上所述,丰富的多孔纳米结构阳极不仅有利于黄素类电子介体的界面电子转移,同时有利于腐败希瓦氏菌CN32生物膜的形成缩短电子转移途径,进一步加快了电子的转移。因此,丰富的多孔纳米结构阳极同时实现了生物催化和电催化过程。