二硫化鐵/石墨烯陽極：提升微生物燃料電池性能的新方案

時間:2018-08-22 18:04來源:Materialsviews 作者:Materialsviews
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      近期，哈爾濱工業大學劉紹琴課題組根據Geobacter產電微生物可以利用Fe3+和S作為電子傳遞通路的特性，通過簡便的水熱反應合成了二硫化鐵/石墨烯復合物（FeS2/rGO）作為微生物燃料電池的陽極。該復合納米結構不僅極大地改善了Geobacter產電微生物在電極表面的黏附能力，而且有利于Geobacter在群落中與其他細菌的競爭，實現了Geobacter產電微生物的選擇性富集，從而將微生物燃料電池的啟動周期從常規碳布電極的十幾天降低到2天。
 
      此外，FeS2納米粒子的引入顯著減小了電極的電荷轉移阻抗，促進了微生物-電極界面之間的電子傳遞，獲得了3.22 W/m2的面功率密度。將其用于啤酒廠廢水的處理，也獲得了較高的電壓和功率密度以及良好的有機物去除率。
 
      微生物燃料電池（MFC）利用產電微生物催化降解有機物，將有機物蘊含的化學能轉化為電能，具有清潔高效、原位利用和循環利用的優點，作為一種能夠將廢水再生為能源的技術受到了廣泛的關注。如何大幅度提高微生物催化降解有機物產電的效率，是微生物燃料電池產業化的前提和難點。本質上，強化微生物的附著力及提高微生物胞外電子傳遞能力，將有效提升微生物催化降解有機物產電的效率。
 
      然而，微生物燃料電池是一個十分復雜的體系，涉及細菌自身復雜的代謝和群體的互相作用、生物電極界面的相互作用、復雜的傳質過程和電化學反應。關于特定條件下MFC性能的研究相對比較充分，但上述的一些基本過程仍然需要被進一步的研究和更詳細的闡述。相信，對于微生物自身代謝和種群間相互作用的進一步揭示，以及細菌-電極之間微納界面的進一步研究將有助于指導未來MFC陽極的設計和應用。
 
      隨著人口的增加和現代社會的發展，每天都在產生越來越多的垃圾和廢水。傳統的污水處理工藝是個高能耗、物耗，且以溫室氣體排放為代價的工程，同時還浪費了廢水中有機物蘊含的化學能，因此發展在廢水高效處理過程中回收，可利用的資源與能源的新技術與新方法，具有經濟和生態雙重效益。
 
     相關論文在線發表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201800618)上。
 
(責任編輯：王杰)
文章標簽： 燃料電池 石墨烯
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