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微生物燃料电池（Microbial fuel cells,MFC）作为一种可持续发展的绿色技术,能够在实现污水处理的同时进行生物产电,有助于缓解能源需求,改善废水污染问题。其中空气阴极MFC构造简单,且直接利用氧气作为电子受体,成本低,最具大规模应用潜力。但空气阴极MFC要想实现商业化应用,需要最大程度提高其电能输出。使用催化剂来促进阴极的氧还原反应是提高空气阴极MFC电能输出最常用的方法。目前,Pt是最为常用且有效的氧还原反应催化剂。然而,由于Pt催化剂价格昂贵,很难进行大规模商业化应用。因此,开发高效、廉价的阴极催化剂成为当前研究亟待攻关的科技任务。本文在总结国内外空气阴极MFC氧还原催化剂研究的基础上,利用金属有机骨架化合物（MOF）衍生的方法,设计、合成了镍铁基层状双氢氧化物（Ni Fe-LDH）纳米催化剂材料。在得到Ni Fe-LDH后,进一步通过聚苯乙磺酸钠（PSS）插层技术,得到了镍铁基层状双氢氧化物（Ni Fe-LDH-PSS）。利用物理、化学表征技术,对所得的两种材料的理化性质进行了表征,并将其应用到MFC中,最终实现MFC阴极功能强化。具体如下所示:采用Fe-MOF材料作为模板,利用Ni SO4提供Ni离子,通过阳离子交换制备了具有空心结构的Ni Fe-LDH纳米材料。热重,扫描电子显微镜等分析结果表明成功合成了Ni Fe-LDH纳米材料且具有良好的分散性。同时,将Ni Fe-LDH纳米材料作为空气阴极催化剂应用到空气阴极MFC中测试其产电性能。通过与前人利用共沉淀法制备的镍铁基层状双氢氧化物材料进行对比后发现,Fe-MOF衍生的Ni Fe-LDH材料能够更有效的促进MFC电能的产生。在上述实验基础上,通过插层技术,得到了经PSS插层的镍铁基层状双氢氧化物（Ni Fe-LDH-PSS）。经过一系列理化性质表征发现,PSS成功被插入到了材料中。而通过扫描电子显微镜观察发现,Ni Fe-LDH-PSS具有比Ni Fe-LDH材料更好的分散性。通过将Ni Fe-LDH-PSS材料应用于空气阴极MFC中发现,Ni Fe-LDH-PSS材料能够大幅度提高空气阴极MFC的产电性能,超过了Ni Fe-LDH材料作为阴极催化剂时的产电性能。这归功于Ni Fe-LDH-PSS材料在阴极基底上优秀的分散性能使其活性位点充分暴露,加快了阴极氧还原速率。而通过对阳极表面菌群分析发现,阴极催化剂的使用还有利于阳极表面菌群的富集,能够进一步提高MFC的产电性能。