層層自組裝技術(shù)在微生物燃料電池電極修飾方面的應(yīng)用.pdf

1、目前，環(huán)境污染問題和能源危機(jī)日益嚴(yán)重，并威脅到人類的可持續(xù)發(fā)展。為了解決這一問題，人們正不懈地尋找新型可替代能源。微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，MFC)是利用微生物作為生物催化劑將碳水化合物轉(zhuǎn)化為電能的裝置，由于微生物擁有龐大的家族而備受關(guān)注。與傳統(tǒng)電池相比，MFC以微生物代替昂貴的化學(xué)催化劑，具有更多優(yōu)點(diǎn):
　　 (1)底物廣泛，可利用有機(jī)廢水等廢棄物;
　　 (2)反應(yīng)條件溫和，常溫常壓下即

2、可運(yùn)行;
　　 (3)因能量轉(zhuǎn)化過程無燃燒步驟，故理論轉(zhuǎn)化效率較高。
　　 而影響微生物燃料電池的影響因素有很多，主要有微生物的種類和生物活性、裝置的構(gòu)造、底物、電解質(zhì)和運(yùn)行環(huán)境（如溫度、pH）等。由于陽極材料直接影響了細(xì)菌的生長、電子轉(zhuǎn)移的效率、底物的氧化等，且電極材料大多為碳材料，所以對電極材料的改性或修飾則更為重要。
　　 結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)和微生物燃料電池的現(xiàn)狀，本文利用層層自組裝技術(shù)，用不同的材料對陽極

3、進(jìn)行修飾，以提高微生物燃料電池的產(chǎn)電效率。主要研究內(nèi)容有:
　　 (1)對shewanella loihica生長特性進(jìn)行研究，繪制生長曲線，并根據(jù)生長曲線來擬定細(xì)菌馴化培養(yǎng)時(shí)間及微生物燃料電池的工作時(shí)間。發(fā)現(xiàn)處于穩(wěn)定期的細(xì)菌能產(chǎn)生最大的電流輸出;
　　 (2)基于層層自組裝技術(shù)，在導(dǎo)電玻璃(Indium Tin Oxide，ITO)表面修飾能提高電子轉(zhuǎn)移效率的物質(zhì)如α型三氧化二鐵納米粒子(α-Fe2O3)和石墨烯(Gr

4、aphene)，作為陽極，研究在微生物燃料電池中的應(yīng)用，以及電池的輸出電流與修飾層數(shù)之間的關(guān)系及電池效率。發(fā)現(xiàn)修飾了α-Fe2O3和石墨烯的電極系統(tǒng)均能大幅度的提高M(jìn)FC的產(chǎn)電效果，并且用石墨烯的修飾效果更好;
　　 (3)基于層層自組裝技術(shù)，以碳酸鈣為模板，用兩種方法制備中空膠囊修飾陽極，并研究其在微生物燃料電池中的應(yīng)用，以及電池的輸出電流與修飾層數(shù)之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)這兩種方法制備的中空膠囊均能提高M(jìn)FC的產(chǎn)電效果，且第二種制備