微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一种以微生物为阳极催化剂，将化学能直接转化成电能的装置。它提供了从可生物降解的、还原的化合物中维持能量产生的新机会。利用微生物燃料电池不仅可以直接降解水中或者污泥中的有机物，还可以将有机物在微生物代谢过程发生的电子转移转化成电能，且不排放污染物，是一类理想的新型清洁能源。但是，目前微生物燃料电池的产电效率还很低。阳极是微生物附着和生长的场所，因此选择具有潜力的阳极材料，对其进行表面修饰，并解析阳极材质和表面特性对微生物产电特性的影响，对提高微生物燃料电池的产电能力具有十分重要的意义。鉴于此，本论文工作主要寻找兼具生物催化活性与生物兼容性且成本低的电极修饰材料，并将其应用于有效地提高微生物燃料电池的产电效率。　　纳米复合材料因其特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应等有利于提高微生物燃料电池阳极的比表面积以及微生物的附着和生长，进而提高微生物燃料电池的产电效率。本文将碳纳米管-纳米金-纳米二氧化钛(CNT/Au/TiO2)复合物引入到微生物燃料电池的阳极修饰中。利用该复合物修饰玻碳电极(GCE)制备修饰电极，通过电化学手段对其进行检测。研究结果表明，所制备的新型纳米界面不仅可以显著地加速电解质溶液和电极表面之间的电子传递，还有利于细菌的吸附和其活性的保留。另外，电化学阻抗谱(EIS)显示修饰电极的阻抗仅有裸电极阻抗的12％，进一步证明了CNT/Au/TiO2修饰电极作为微生物燃料电池的阳极的可行性。　　在此基础上，我们进一步探讨了CNT/Au/TiO2复合物在微生物燃料电池中的应用。首先以碳纸为基底，制备了基于CNT/Au/TiO2纳米复合材料的微生物燃料电池的阳极。利用扫描电子显微镜(SEM)、电化学、接触角等方法对制备的修饰阳极进行表征。研究结果表明，以大肠杆菌菌液为电解液时，修饰碳纸阳极并没有破坏微生物的生长环境，而且其电化学性能远优于裸碳纸；修饰碳纸阳极能构成三维网状结构，增大了碳纸阳极的比表面积，有利于微生物的生长和附着，进而提高阳极界面电子传递。　　随后制作了单室空气阴极微生物燃料电池，并对微生物燃料电池的产电性能进行了研究。反应器结果表明用CNT/Au/TiO2复合材料作为微生物燃料电池的阳极时，电池的开路电压提高了117％。经过5天的运行，修饰碳纸阳极的反应器仍然保持了非常稳定的开路电压(～0.77 V)，而裸碳纸阳极的反应器电压持续下降。这表明，CNT/Au/TiO2复合材料修饰电极不仅可以提高微生物燃料电池的产电性能，同时增加了电池的稳定性。微生物燃料电池作为一种新型清洁能源，不仅可解决能源的稳定持久供应问题，同时解决了环境污染问题。通过对微生物燃料电池阳极的修饰，将有效地提高电池的产电性能。