納米銀-碳復(fù)合體陰極微生物燃料電池的產(chǎn)電性能研究.pdf

1、隨著能源消耗與環(huán)境問題愈演愈烈，新型能源技術(shù)開發(fā)應(yīng)用備受矚目。微生物燃料電池技術(shù)(MFCs)是一項(xiàng)新型產(chǎn)能技術(shù)，它可以依靠微生物進(jìn)行生物質(zhì)產(chǎn)電，并同時(shí)從廢水中獲取能量，這些能量又以電能和化學(xué)能（氫氣、甲烷）的形式存在，而非耗費(fèi)電能。但其較低的功率輸出和基質(zhì)電子恢復(fù)率(即庫(kù)倫效率CE)，以及較高的催化材料(商業(yè)Pt/C)成本仍成為其大規(guī)模應(yīng)用的主要限制。例如已被設(shè)計(jì)出的小體積(28 cm3)單室空氣陰極反應(yīng)器，它通過減小電極間的距離(4c

2、m)降低電池的內(nèi)阻來提高M(jìn)FCs的功率輸出，然而隨著反應(yīng)器的運(yùn)行，有機(jī)物從陽(yáng)極到陰極的交叉污染使陰極表面逐漸形成一層異養(yǎng)微生物膜，導(dǎo)致陰極氧還原過程中氧氣的消耗和基質(zhì)的損失，使得陰極氧還原效率受到抑制，從而使功率輸出逐漸下降，氧氣濃度和庫(kù)倫效率也不斷降低。
　　本文針對(duì)上面提到的單室反應(yīng)器遇到的問題展開研究，以納米銀/碳復(fù)合體作為陰極催化劑材料，通過納米銀的氧還原(ORR)催化活性及其對(duì)陰極異養(yǎng)微生物的抑制作用提高M(jìn)FCs的產(chǎn)電性

3、能。為了進(jìn)一步提高這種復(fù)合物陰極的氧還原能力，本文先后制備了兩種類型的陰極材料，以生物質(zhì)能源廢物（柚子皮）作為碳源，分別引入Fe3+和WC作為石墨催化劑和助催化劑相應(yīng)地改變了復(fù)合材料的催化活性和抑菌性能，通過XRD、XPS、Raman、TG-IR、BET、SEM、TEM等物理和化學(xué)表征測(cè)試手段研究各種產(chǎn)物的晶相、形貌、相變。并通過電化學(xué)分析手段，通過檢測(cè)氧還原過程中的自由基和活性中間體及其電化學(xué)行為，分析氧在三相界面發(fā)生催化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化歷

4、程及影響機(jī)制。通過同位熱還原的方法，根據(jù)碳熱還原和基團(tuán)配位的原理合成納米銀/碳復(fù)合物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用同步還原法操作簡(jiǎn)單，容易進(jìn)行，一方面混合焙燒形成的復(fù)合物中，碳層和鐵塊相互堆積對(duì)納米銀起到很好的保護(hù)作用，另一方面使銀納米粒子能夠均勻分散并與碳緊密結(jié)合，從而提高納米銀的催化活性和穩(wěn)定性;引入Fe3+能夠有效促進(jìn)了碳化物石墨化程度增強(qiáng)導(dǎo)電性，以果皮海綿體作為碳源能夠形成相互交織的多孔結(jié)構(gòu)，增加復(fù)合物的比表面積，同時(shí)在框架中引入四氧化三