基于生物电化学系统的微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)是一种新兴的绿色能源装置,它可以通过电活性微生物的特殊机制将碳源中的化学能转变为电能。然而,由于MFCs现阶段还存在输出功率较低、应用成本高、启动条件较苛刻等不稳定因素,限制了其大规模商业应用。其中,MFCs的阳极性能很大程度上影响其输出功率的提高,而电活性微生物与阳极表面的电子传递效率是其中最关键的因素。为了促进阳极电子转移,最可行的方法是优化阳极的表面结构与电化学性能,使其利于电活性微生物的粘附并且快速传导产出的电子。因此,寻找创新且高效的阳极改性方法是提高MFCs产电性能的重要途径。一般来说,碳基材料因其稳定性和生物亲和性被广泛用作传统MFCs阳极材料。然而,其导电性和表面积需要进一步提高。本研究采用碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)这种高长径比和导电率高性能碳纳米材料,利用其高效的电子接收和传导能力以及易修饰性将之对传统碳材料进行改性,基于CNTs本身的优异性能,通过不同的改性方法促进电活性微生物和阳极之间的增强接触以及快速传递电子。本文探究了不同修饰修饰方法的可行性以及优化方案以求最大程度上的功能释放,并且以希瓦氏菌为产电微生物将CNTs改性阳极应用于双室MFCs中评测其产电性能。具体研究内容如下:首先,利用层层自组装方法,通过静电相互作用将正电荷的聚乙烯亚胺和负电荷的CNTs交替组装,构造了一种新型的碳纳米管多层改性MFCs阳极。研究了组装的多层膜的电化学催化活性,阳极的形貌以及MFC系统中的阳极性能。其次,开发出一种通过焊接组装制造高效CNTs修饰电极的新方法,碳纳米管和聚电解质被逐层组装在一个电极上,然后通过焊接形成一个完整并且导电优秀的内部连接的3D网络结构。3D网络结构出色的细菌附着力和电子转移性能赋予MFC更高的功率密度。最后,通过改变MFCs的运行参数验证其产电性能,激发出了MFCs在最佳条件下的最大输出功率,同时证明了前文制备的高效阳极在MFCs的成功应用。在阳极液p H和运行周期的考量下,从应用角度证明了焊接CNTs网络可以促进电子在微生物与阳极材料界面之间的传递,进而增强了阳极生物膜的形成和相应MFCs的功率密度。本文为制备高性能和低成本的MFCs阳极提供了简单可控进而便于扩展的新方法,同时研究了适用于焊接CNTs网络阳极的运行条件并成功应用于MFCs中,对高效MFCs阳极的性能开发和应用具有指导意义。