论文部分内容阅读
微生物燃料电池是利用微生物的催化作用，将有机物质的化学能直接转化为电能的一种装置。本论文采用“拆分对比”的方法研究了接种混合细菌的双室微生物燃料电池阳极电子传递机制;针对目前空气阴极单室微生物燃料电池阴极常用的铂催化剂存在的问题，开发了一种氧还原催化性能优异，成本低廉的阴极材料，取得了以下研究成果: 1.在底物浓度为1g/L、混合细菌接种浓度为15％的最优条件下，研究了双室微生物燃料电池阳极电子传递机制。利用分子生物学手段考察了电池中微生物群落结构变化及演替规律，发现主要的胞外产电菌为Escherichia coli,Pseudomonas aeruginosa，and Brevundimonas diminuta;电化学分析发现微生物燃料电池的阳极液和阳极表面形成的生物膜具有很好的氧化还原活性。通过GC-MS测试发现该微生物燃料电池阳极液中的氧化还原电子中介体的物质有1-羟基葸醌-9，10-酮，吩嗪-1-羧酸与氯巴占。该微生物燃料电池中同时存在直接接触传递和内源电子中介体传递机制，其中氯巴占是首次被发现的氧化还原电子中介体，其具有二氮类共轭结构。 2.以聚苯胺包覆石墨烯为基体，制备了不同微纳米碳基非贵金属阴极氧还原催化材料，并成功的制备了Fe-N-C共掺杂结构的复合催化材料，其中PANI/Go@Co-initiator-4(M4)的氧还原催化性能最好。将Fe-N-C共掺杂结构的复合催化材料制成阴极，在单室微生物燃料电池中的最大输出功率与Pt/C(20wt％)催化剂的相当。