苯酚是常见于工业废水中的一类难降解有机污染物，其高毒性严重危害了人体健康和水生生物的生存。传统含酚废水处理技术存在能耗大、易产生二次污染等弊端。微生物燃料电池(Microbial fuel cells，MFCs)在进行废水处理的同时还能够产生电能，是一种归属于生物电化学系统并且具有能耗低、效率高等优点的新型废水处理工艺。阴极催化剂的ORR活性是限制MFC性能的关键因素。当前，广泛用作MFC阴极催化剂的Pt/C和活性炭(AC)存在价格高昂，耐久性差等缺点，难以满足长久废水处理需求。因此，制备出一种兼具长久稳定性以及优秀ORR活性的阴极催化剂，并将其用以提升MFC的输出性能及其对污染物的降解效率成为迫切要求。
　　本文所使用的生物质碳源为废弃的柚予皮，利用三聚氰胺作为氮源，并将CoCl2·6H2O作为助催化剂，采用两步合成方法，并经不同浓度(0，0.5，2M)硝酸处理碳化后样品，制备出氮掺杂生物质碳(Nitrogen-doped biomass carbon，NBC)催化剂。对不同酸浓度处理的催化剂进行电化学性能测试，NBC-0.5展现出最好的电化学活性。结合结构表征可知，NBC-0.5经适当浓度硝酸处理后，呈现稳固的多孔球状结构，并且氮原子成功引入到稳固的碳骨架中，引起相邻碳周围电子密度分布不均，有利于界面反应中的电子转移和ORR过程。应用于MFCs实际运行时，NBC-0.5具有最大的功率密度(0.996 W m-2)、输出电压(0.486 V)以及较小的传质内阻(43.3Ω)。在稳定运行1200h后，最大功率密度仅下降7.83％，相较于Pt/C和AC拥有更佳的产电性能和长久稳定性。同时，在苯酚初始浓度为0.2g/L时，NBC-0.5阴极MFC对苯酚的去除效率可达90.8％，显著高于Pt/C和AC。
　　为进一步提升MFCs降解苯酚的效率及产电性能，基于以上实验对阴极催化剂进行改进。在使用同样的碳源、氮源和助催化剂的基础上，引入硼酸为硼源，运用两步合成方法并通过0.5M硝酸处理碳化后样品，制备出氮硼共掺杂生物质碳(Boron-nitrogen co-doped biomass carbon，BNBC)，控制变量为CoCl2·6H2O、硼酸和三聚氰胺的摩尔比(1∶1.5∶3、l∶3∶3和1∶6∶3)。BNBC-1因硼原子和氮原子的成功掺杂以及丰富的孔隙结构，产生了大量的缺陷结构，加快了传质效率，所以导电性能更好。同时，BNBC-1展现出良好的ORR催化活性，其显示的电流密度最大并且具有近四电子反应途径。BNBC-1用作MFC阴极时长期运行稳定性最好，最终周期功率密度仅下降6.41％。BNBC-1阴极MFCs在处理苯酚初始浓度为0.2g/L的废水时，降解效率达98.2％，相比NBC-0.5阴极MFCs的降解效率更高，并且对高浓度苯酚废水处理效果显著提升。这是由于硼原子和氮原子共掺杂带来的协同效应，以及具有更强电负性的硼原子的助催化能力，实现了苯酚废水的高效、节能、无害化处理。