氮修飾石墨氈用于微生物燃料電池陽極材料的研究.pdf

1、微生物燃料電池(MFC)作為近幾年來發(fā)展起來的新可再生能源裝置，具有條件溫和、環(huán)境友好和在有效回收能源的同時可實(shí)現(xiàn)廢水處理等優(yōu)點(diǎn)，有望解決由于全球化石能源短缺以及化石能源在使用和開采中對環(huán)境的危害等問題，成為本世紀(jì)能源和環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　微生物燃料電池利用微生物作為催化劑，氧化有機(jī)物質(zhì)，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。影響MFC輸出功率的最大限制因素是電子的轉(zhuǎn)移過程。從MFC的結(jié)構(gòu)來看，陽極作為電子轉(zhuǎn)移的載體，對陽極的研究顯得很重

2、要，本文采用三種不同類型的含氮化合物修飾石墨氈作為微生物燃料電池的陽極，研究改性陽極材料對MFC產(chǎn)電性能的影響，并根據(jù)等溫吸附法(BET)、掃描電子顯微鏡(SEM)、光電子能譜(XPS)等分析方法來進(jìn)一步探索了氮修飾陽極對MFC的產(chǎn)電性能產(chǎn)生影響的原因。
　　首先使用過硫酸銨通過浸漬和電化學(xué)氧化法修飾石墨氈作為陽極材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:沒有修飾過的石墨氈(GF)電壓為0.5-0.52V，最大功率密度為283mW/m2;而浸漬法修飾的

3、石墨氈(GF-A)和電化學(xué)氧化法修飾的石墨氈(GF-Al)所獲得的最大輸出功率密度分別為510mW/m2和609mW/m2，經(jīng)過XPS的分析表明，MFCs輸出功率隨著陽極表面N/C比增加而增加。
　　然后采用經(jīng)過乙二胺和甘氨酸修飾過后的石墨氈作為陽極材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:獲得的最大輸出功率為355mW/m2和500mW/m2，分別比GF增加了25％和77％。SEM圖分析表明經(jīng)過修飾過后的石墨氈吸附的微生物比較多，主要是由于經(jīng)過乙二胺

4、和甘氨酸修飾過后的石墨氈表面變得更粗糙，比表面積比較大，從而更多的細(xì)菌吸附在電極上，使得電子能夠更容易的從微生物傳遞到陽極上。
　　最后采用聚苯胺和聚氮氮二甲基苯胺修飾石墨氈作為陽極材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:獲得的最大輸出功率密度分別為366mW/m2和333mW/m2。聚苯胺上N的孤對電子成為共軛主鏈的一部分，與醌式結(jié)構(gòu)單元的N結(jié)合，形成了具有電荷傳輸作用的極化孤子，因此增加了電極的導(dǎo)電性。通過SEM和其他電化學(xué)測量手段，觀察了材料表