微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）是一种利用产电微生物的催化作用将无机物或有机物中的化学能转化成电能的装置，具有清洁无污染、产电同时处理废水等特点。然而，较小的输出功率限制了MFC的实际应用。产电微生物与阳极之间的电子转移速率是决定电池性能的重要因素。阳极材料的性质和结构对产电微生物的附着、电子的传递以及底物的氧化密切相关。由于石墨烯与碳纳米材料具有较高的导电性和大的比表面积，使其在电池及电催化方面都有广泛的应用。本研究中，制备了石墨烯和碳纳米球，并对其进行表征，然后制备成MFC的改性阳极，考察了利用改性石墨材料作为MFC阳极的可行性，及对产电性能的影响。主要研究内容及实验结果如下：（1）采用密闭氧化法制备氧化石墨和氨-肼复合还原法制备了石墨烯，并利用石墨烯制备成改性阳极，研究了石墨烯与粘合剂PTFE乳液的最佳配比，并应用在MFC中测定其电化学性能。采用UV-可见、XRD衍射、FTIR、SEM对石墨烯材料进行了表征。结构分析表明，所得到的石墨烯很薄，表面为片状褶皱结构，但石墨烯表面还有C-O等部分含氧基团残留。性能测试表明：当石墨烯和PTFE乳液质量体积比为1：20时改性电极的比表面积最大；润湿性最好，接触角为95°；电荷传递电阻为52.05Ω，更容易发生氧化还原反应。应用到MFC中其输出功率、输出电压、功率密度、电极氧化还原性、电池稳定性都有所增加，内阻为85Ω，降低了7%，对阳极液COD的去除率达到81%，最大功率密度为424mW/m2，比未改性电极MFC提高了8%。（2）采用低温水热炭化法制备了碳纳米球并利用碳纳米球制备成改性阳极，并将其应用到MFC中。考察了葡萄糖初始浓度、温度、时间对生成碳纳米球的影响，结果表明：在葡萄糖溶液初始浓度为1.5mol/L，200℃下反应16h得出的碳纳米球效果最好，有机物由液相转移到固相中的最多，COD转入率提高到90%左右，固体量增加到11g左右，碳值提高到65%左右。SEM和FTIR分析得到碳纳米球直径为100nm，表面含有大量的羟基、羧基等含氧官能团。改性电极性能测试表明：亲水性增强，接触角降低到10°，比表面积增大，但氧化还原性能降低，欧姆电阻增大到12.63Ω。应用到MFC中产电性能没有得到提高，内阻为164Ω，增大了80%，输出最大功率密度为288mW/m2，降低了26%，对污水的处理效果也不及未改性电极MFC，可能因其电极表面成分复杂，影响微生物生长和电极的导电性。故用此方法制备的改性电极不适合做MFC阳极，需进一步改进。