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微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一种全新的生物技术，由于能在处理污水的同时产生电能而得到了研究者的广泛关注。目前，MFC的应用面临的最大挑战是降低成本，提高电池的产电性能。因此，开发新型廉价的电池材料、优化原有的电池材料以提高其产电性能，具有十分重要的意义。本文以目前常用的一种单室无膜型空气阴极MFC反应系统作为对象，研究了MFC的碳布阳极的改性方法及其对MFC产电特性的影响;还开发了价格低廉、便于实际应用的钴基钙钛矿复合氧化物，并对其用作MFC阴极氧还原反应催化剂时的性能进行了探索性的研究。 本研究首先利用聚四氟乙烯（polytetrafluoroethene，PTFE）对碳布表面进行改性处理，研究了碳布在改性处理后的表面形貌和电化学性能的改变。研究发现，碳布经PTFE改性处理后，表面变得粗糙了很多，电活性面积变大，有利于细菌的生长与繁殖;并且其电化学性能也得到了很大的提高，电荷转移电阻由30Ω下降至接近零。故本实验将此改性方法应用于MFC的阳极，考察其对MFC产电性能的影响，结果电池的开路电压由原先的0.55 V增大到了0.68 V，电池的最大输出功率密度也由82 mW/m2增大到了128 mW/m2。此外，本实验还采用循环伏安和SEM观察分析的方法，初步研究了P.aeruginosa PAO1在碳布阳极上的产电机理。研究结果表明，P.aeruginosa PAO1在碳布阳极上的电子传递机理可以有两种，一是通过纳米导线传递电子，二是依靠电子中介体进行电子传递，并且电活性物质在阳极表面的氧化和还原均受扩散控制。 本研究成功地制备了新的钴基钙钛矿型复合氧化物La0.6Ca0.4CoO3-δ，并试图将其用作MFC的阴极氧还原反应催化剂，但是由EIS阻抗谱的测试得知La0.6Ca0.4CoO3-δ在常温、中性溶液中的导电性能较差，不可直接用于MFC阴极氧还原催化剂，因此本实验将氧化石墨烯与之混合试图增加其导电性能，研究表明，氧化石墨烯的加入使得La0.6Ca0.4CoO3-δ在常温、中性溶液中的导电性能大大增强。本实验还着重研究了La0.6Ca0.4CoO3-δ/氧化石墨烯复合物用作MFC阴极氧还原反应催化剂时的性能，研究结果表明，此复合物在MFC中具有较好的氧还原反应催化活性，电池的开路电压约为0.43 V，且当电流约为0.11 mA时，电池的输出功率密度达到最大值28 mW/m2，但是其稳定性较差，即经过约80 h的运行时间后电池的性能会快速下降。因此我们通过SEM表征的方法对各个阶段阳极生物膜进行观察，发现随着电池运行时间的延长，阳极上产电菌逐渐死亡，分析可能的原因是La0.6Ca0.4CoO3-δ的溶解导致溶液中存在着具有生物毒性的La离子，而后来的ICP-AES分析验证了这一假设。此外，本实验还合成了钴基的钙钛矿型复合氧化物BaCo0.7Fe0.2Sn0.1O3-δ和Ba0.95Co0.7Fe0.2Sn0.1O3-δ，并对其在MFC中的应用进行了初步的考察。研究发现，BaCo0.7Fe0.2 Sn0.1O3-δ/氧化石墨烯复合物与Ba0.95Co0.7Fe0.2Sn0.1O3-δ/氧化石墨烯复合物在MFC阴极中也具有一定的氧还原催化活性，当电池的外接电阻阻值为1000Ω时，用BaCo0.7Fe0.2Sn0.1O3-δ/氧化石墨烯复合物作阴极催化剂时电池的最大电流达到了0.092 mA，而Ba0.95Co0.7Fe0.2Sn0.1O3-δ/氧化石墨烯复合物作阴极氧还原催化剂时电池的最大输出电流则达到了0.13 mA。