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微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)是新能源开发与污水治理同期发展的新型技术。微生物燃料电池的主要机理是通过利用产电微生物氧化污水中的有机物,将存储在有机物中的化学能不经过其他能源形式直接转化为电能,而且该反应生成的产物无污染。MFCs其实际工程化应用还受到很多限制,其中阳极材料的性能是影响MFCs整体性能的重要因素。过渡金属碳化物拥有类铂性质,所以它具有贵金属的导电性以及优异的电催化活性,在此同时又具有远低于贵金属的低廉的价格,此外,还具有较高的熔点、较低的电阻和较好的生物兼容性和化学稳定性。本课题选用过渡金属碳化物Nb C为材料,涂覆在碳布表面作为MFC的阳极。使用该电极获得了更好的电池放电时长,提高了电池的最大输出电压及功率密度,解决了现有电极材料成本高、制作复杂及内阻较大等问题。本论文通过使用具有优异电化学性能的碳化铌纳米粒子(Nb C)修饰碳布制备出碳化铌(Nb C/CC)电极。经过材料表征发现所制备的碳化铌(Nb C/CC)电极相较裸碳布(CC)电极具有更大的微生物附着面积和电化学催化活性位点。经过电化学表征发现,碳化铌(Nb C/CC)电极的电荷转移阻抗(30.2Ω)远小于裸碳布(CC)电极(185.9Ω),证明碳化铌(Nb C/CC)电极的电子传递速率明显优于碳布(CC)电极。碳化铌(Nb C/CC)电极在运行了23.8 h后就可以成功启动,并在初次启动周期中快速达到603.35 m V的输出电压,碳布(CC)启动时长为319.2 h,输出电压峰值仅为464.47 m V。碳化铌(Nb C/CC)电极的平均输出电压(580.35±21.23 m V)约为碳布(CC)电极输出电压(419.67±18.53m V)的1.41倍。碳化铌(Nb C/CC)电极最大输出功率密度(3.9 W/m2)是碳布(CC)电极(2.0 W/m2)的1.95倍。经测量得知Nb C-MFC的COD去除率达到87.5%,是同等条件下CC-MFC的(71.4%)的1.23倍,说明Nb C-MFC对有机物的降解能力更强。Nb C-MFC的库伦效率最高(81.5%),是CF-MFC的库伦效率(54.6%)的1.49倍,进一步说明Nb C-MFC对电子的回收能力更强。经过测序分析可知,上述电池的优异性能归功于碳化铌(Nb C/CC)电极表面附着更多门类的产电菌,说明阳极经过碳化铌的改性是提高微生物燃料电池产电性能的有效手段,未来该材料有望应用于MFCs的产业化。