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(shí)間:2018-08-22 18:04來源:Materialsviews 作者:Materialsviews
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      近期，哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉紹琴課題組根據(jù)Geobacter產(chǎn)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(yīng)合成了二硫化鐵/石墨烯復(fù)合物（FeS2/rGO）作為微生物燃料電池的陽極。該復(fù)合納米結(jié)構(gòu)不僅極大地改善了Geobacter產(chǎn)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(xì)菌的競爭，實(shí)現(xiàn)了Geobacter產(chǎn)電微生物的選擇性富集，從而將微生物燃料電池的啟動(dòng)周期從常規(guī)碳布電極的十幾天降低到2天。
 
      此外，F(xiàn)eS2納米粒子的引入顯著減小了電極的電荷轉(zhuǎn)移阻抗，促進(jìn)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(jī)物去除率。
 
      微生物燃料電池（MFC）利用產(chǎn)電微生物催化降解有機(jī)物，將有機(jī)物蘊(yùn)含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，具有清潔高效、原位利用和循環(huán)利用的優(yōu)點(diǎn)，作為一種能夠?qū)U水再生為能源的技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注。如何大幅度提高微生物催化降解有機(jī)物產(chǎn)電的效率，是微生物燃料電池產(chǎn)業(yè)化的前提和難點(diǎn)。本質(zhì)上，強(qiáng)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(jī)物產(chǎn)電的效率。
 
      然而，微生物燃料電池是一個(gè)十分復(fù)雜的體系，涉及細(xì)菌自身復(fù)雜的代謝和群體的互相作用、生物電極界面的相互作用、復(fù)雜的傳質(zhì)過程和電化學(xué)反應(yīng)。關(guān)于特定條件下MFC性能的研究相對(duì)比較充分，但上述的一些基本過程仍然需要被進(jìn)一步的研究和更詳細(xì)的闡述。相信，對(duì)于微生物自身代謝和種群間相互作用的進(jìn)一步揭示，以及細(xì)菌-電極之間微納界面的進(jìn)一步研究將有助于指導(dǎo)未來MFC陽極的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。
 
      隨著人口的增加和現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，每天都在產(chǎn)生越來越多的垃圾和廢水。傳統(tǒng)的污水處理工藝是個(gè)高能耗、物耗，且以溫室氣體排放為代價(jià)的工程，同時(shí)還浪費(fèi)了廢水中有機(jī)物蘊(yùn)含的化學(xué)能，因此發(fā)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(shù)與新方法，具有經(jīng)濟(jì)和生態(tài)雙重效益。
 
     相關(guān)論文在線發(fā)表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201800618)上。
 
(責(zé)任編輯：王杰)
文章標(biāo)簽： 燃料電池 石墨烯
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