基于PPy納米線的微型MFC陽極特性研究.pdf

1、微生物燃料電池(MFC)是以微生物為催化劑，將有機(jī)物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的新型生物能源裝置。它原料來源廣泛、反應(yīng)條件溫和，且對環(huán)境沒有污染的特點(diǎn)而具有非常廣闊的應(yīng)用前景。而陽極是微生物附著、有機(jī)物氧化以及電子傳遞的基礎(chǔ)，是決定MFC產(chǎn)電的關(guān)鍵因素之一。因此研究和探索陽極材料的特性，分析相關(guān)的導(dǎo)電機(jī)制就具有了重要的學(xué)術(shù)意義和工程價值。
　　本課題首先對聚吡咯納米線和聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料性能進(jìn)行了研究。通過不同的材料表征及分析

2、方式，研究了聚吡咯納米線和聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料的表面形貌、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電化學(xué)特性。結(jié)果表明聚吡咯納米線直徑約為140nm，長5μm，而聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料中，石墨烯成片狀附著在聚吡咯納米線表面。聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料比聚吡咯納米線具有更好的電化學(xué)性能，更有利于電子的傳輸。其中，聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料電子傳遞速率約為0.104s-1，電荷轉(zhuǎn)移電阻為4.23Ω cm-2，電極電阻為0.35Ω cm-2，高于相應(yīng)的聚

3、吡咯納米線電子傳遞速率，低于其電荷轉(zhuǎn)移電阻及電極電阻。
　　本課題還對以聚吡咯納米線和聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料分別為陽極的單室微型微生物燃料電池(mini-MFC)的性能進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)以聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料為陽極的mini-MFC的性能要優(yōu)于以聚吡咯納米線為陽極的mini-MFC的性能。其中以聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料為陽極的mini-MFC的最高電壓達(dá)到710mV，最大功率密度達(dá)到22.3mW/m2，比以聚吡

4、咯納米線為陽極的mini-MFC的最大輸出功率密度提高了40％。
　　最后，研究了以基于聚吡咯納米線為陽極的mini-MFC的胞外電子傳輸機(jī)制。分別以聚吡咯納米線和聚吡咯納米線/石墨烯的復(fù)合材料為陽極的mini-MFC中的胞外電子傳輸機(jī)制都可能有納米線傳遞機(jī)制和氧化還原介體傳遞機(jī)制:(i)與聚吡咯納米線直接接觸的微生物，通過微生物表面與納米線形成的“電子傳輸通道”，將電子從微生物表面?zhèn)鬟f到了mini-MFC的陽極表面;(ii)未與