在环境污染、能源危机问题日益严重的情况下，世界各国的科研人员积极探索节能减排，兼顾环境与能源需求的可持续发展新技术。近几年，生物电化学系统(Bioelectrochemical systems，BESs)作为一种有效回收能源（电能、氢气、甲烷等）和资源的新兴技术，已经得到全世界的普遍关注。　　生物电化学系统的概念是最近几年提出的，是微生物燃料电池(Microbialfuel cell)和微生物电解电池(Microbial electrolysis cell，MEC)的技术总称。该技术在以产电或降低污水处理过程能耗为最初目的的基础上，不断发展新的功能，如难降解有机物的定向转化、生物传感器、物质合成（双氧水、甲烷、有机酸等）等，利用生物电化学系统合成燃料或能源物质展现出巨大的发展潜力。　　本课题以BES技术为核心，从厌氧污泥中驯化出具有电活性的功能微生物，成功构建生物电化学系统，首次系统地研究了生物电化学技术在固定CO2合成化学品（产物从乙酸、丁酸到长链脂肪酸）的能力。　　本研究以还原CO2同时合成乙酸和丁酸为主线，在一定阴极电势并辅助加氢气的条件下，氢气作额外的电子供体，促进阴极表面生物膜的生长，富集能还原CO2产生乙酸的功能菌株。在恒定阴极电势为-0.75 V(vs Ag/AgCl)，通过高效液相色谱、扫描电镜和菌群分析等手段，确认混合菌群能在电流驱动下还原CO2同时合成乙酸和丁酸。乙酸生成量先从0增加到最大值251.89 mg/L，随后又减少到116.58 mg/L，而丁酸从第三天开始逐渐积累，经过10天的反应达到89.42 mg/L，总电子回收率可达85.04％。随着微生物电合成反应的进行，CO2向丁酸转化的电子回收率逐渐增大，而乙酸的电子回收率减少。循环伏安扫描表明生物阴极具有良好的电化学活性。生物阴极菌群组成主要包括醋酸杆菌属（Acetobacterium）和拟杆菌属(Bacteroides)等。　　生物电化学系统固定CO2合成乙酸和丁酸的实验表明该技术固定CO2具有进一步合成长碳链有机化合物的潜在能力。在-0.75 V阴极电势下，本研究直接以乙酸作底物，研究生物阴极催化还原乙酸生成丁酸的能力，结果证实了电流能驱动微生物代谢过程，促使小分子有机酸可进行碳链延长反应的推测。此外，探究了生物电化学系统技术在合成长链脂肪酸应用的可行性。采用生物电化学系统耦合H2的方式成功驯化出能还原CO2合成长链脂肪酸的功能微生物。实验结果表明，长链脂肪酸的合成受阴极电势水平的影响，工作电极电势越低，生成的含碳有机化合物碳链更长。对生物阴极上的功能微生物进行分离纯化，获得了自养生长的厌氧微生物。本研究结果使生物电化学系统技术在燃料化学制品合成领域的研究更具有吸引力，进一步提升了该技术在环境、能源领域的应用价值。