微生物燃料电池阳极材料的研究进展

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)是近些年发展起来的具有去污和产能双重功能的生物电化学系统。本文简要介绍MFCs的工作原理,主要概述微生物燃料电池阳极材料的研究进展,最后对微生物燃料电池阳极材料的发展和微生物燃料电池的应用前景进行展望。     

阳极修饰对微生物燃料电池性能的影响

利用PW12/rGO复合材料负载于碳布表面制得PW12/rGO修饰阳极并构建单室空气阴极微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFC),考察了PW12/rGO修饰阳极对MFC产电和高氯酸盐(ClO4-)还原性能的影响,并通过对阳极表面形态及其电化学特性的分析,探讨了PW12/rGO修饰阳极改善MFC产电性能的机理.结果 表明,当ClO4-浓度为700 mg/L时,PW12/rGO修饰阳极MFC的最大输出电压和ClO4-平均去除速率分别为200.18 mV和1.15 kg/(m3·d),分别是空白阳极MFC的4.4倍和1.06倍;扫描电镜(SEM)表征显示,PW12/rGO修饰阳极表面附着的微生物量远高于空白阳极;Tafel曲线、循环伏安曲线(CV)和交流阻抗谱(EIS)测试表明,PW12/rGO修饰阳极较空白阳极具有更高的交换电流密度、CV电活性面积以及更低的电荷转移电阻.PW12/rGO修饰阳极提高了阳极电子产量和电子传递速率,进而改善了MFC的产电性能.     

复合碳纳米阳极强化微生物燃料电池产电研究

〖JP〗石墨烯疏水性及层间-共轭极大地影响了其生物相容性和分散性,难以有效修饰电极. 文章通过将石墨烯与碳纳米管混合,利用二者之间的非共价结合,消除了石墨烯单一修饰电极的缺点,并通过浸渍法制备了石墨烯-碳纳米管复合碳纳米材料电极. 扫描电镜观察表明,石墨烯与碳纳米管被牢固地固定在碳毡电极表面,形成了复合均一层. 将复合电极用作微生物燃料电池（MFC）的阳极,〖JP+1〗显著改善了MFC的产电性能. 复合阳极的MFC的最大功率密度（760.7 mW/m2）比空白碳毡阳极MFC的（228.8 mW/m2）高2.36倍,因为复合电极显著降低了阳极的电子传递阻力,减轻了阳极极化,改善了阳极电化学性能. 复合碳纳米材料修饰阳极的电子传递阻抗（39.8 ）比空白碳毡阳极的（248.7）低84%.〖JP〗     

生物质碳基催化剂对微生物燃料电池的影响

为了确定生物质碳阴极催化剂对微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)产电性能的影响,以马尾藻、江篱、青贮能源草为原料,分别制备了生物质碳阴极催化剂材料,以XC-72R活性炭粉作对照,通过傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、BET(brurauer-emmett-teller)比表面积分析仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、EDX(energy dispersive X-Ray spectroscopy)等对生物质碳阴极催化剂材料进行了分析与表征,研究了它们对空气阴极微生物燃料电池阴极氧还原反应的催化效果以及对微生物燃料电池产电性能的影响.结果表明:四种碳基材料催化剂中,马尾藻生物碳催化剂的含氮基团质量分数高达4.04%,它对氧还原的催化性能最好.     

基于Co/β-Mo2C修饰碳纸阳极的高性能微生物燃料电池

采用热处理辅助的化学法制备了Co/β-Mo₂C双金属碳化物，将其作为微生物燃料电池(MFCs)阳极催化剂. 采用扫描电子显微镜(SEM)，X-射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段研究了形貌和组成，采用电化学交流阻抗(EIS)法、循环伏安(CV)法和单室空气阴极微生物燃料电池(MFC)研究了其电化学性能. 结果表明:Co/β-Mo₂C具有良好的电催化性能以及出色的微生物相容性. 含有3 mg/cm2 Co/β-Mo₂C的阳极MFC最大输出功率密度和库伦效率分别为483.3 mW/cm2和3.7%，分别是未修饰的碳纸阳极MFC的1.30倍和1.68倍. 该研究可为开发高性能的微生物燃料电池阳极催化材料提供新思路.     

基于甘蔗制备微生物燃料电池的阳极材料

天然植物甘蔗经碳化可形成具有多孔结构的碳材料。将该多孔碳材料作为微生物燃料电池的阳极,并采用电化学技术和扫描电子显微镜的形貌技术系统研究该多孔碳材料的阳极性能以及微生物膜的生长情况。研究结果表明该多孔碳材料作微生物燃料电池阳极可产生高达2.32 m A/cm2的阳极电流密度,是一种非常好的阳极材料。     

Fe/HA修饰阳极对MFC产电和脱氮性能的影响

为了选取具有较高氧化还原活性的铁腐殖酸复合物（Fe/HA）作为阳极材料，开展Fe/HA修饰阳极对MFC产电和硝酸盐降解性能影响的研究。通过电沉积法制备Fe/HA修饰阳极，利用扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶红外光谱（FTIR）对Fe/HA修饰阳极的表面形貌特征和活性官能团进行表征；同时采用循环伏安曲线（CV）、塔菲尔曲线（Tafel）和交流阻抗曲线（EIS）对Fe/HA修饰阳极的电化学性能进行测量；并以硝酸盐废水为模拟废水，考察Fe/HA修饰阳极对MFC性能的影响。结果表明：Fe/HA修饰阳极表面具有松散的簇团状结构和氧化还原活性官能团；[JP2]同时，与空白阳极相比，Fe/HA修饰阳极电荷转移量增加了75.82%，交换电流密度增加了14.95%，电荷转移阻抗降低了17.60%；Fe/HA修饰阳极MFC的最大平均输出电压和脱氮效率较空白阳极MFC分别增加了16.52%和6.47%。通过Fe/HA对MFC阳极的修饰，可有效增加阳极表面氧化还原活性官能团的数量和微生物附着的面积，从而提高电子传递效率，实现对MFC产电性能和脱氮效率的提高，本研究可为金属与腐殖酸复合物阳极材料的开发及其在MFC废水处理领域的应用提供理论依据。     

电化学聚合聚苯胺修饰电极对微生物燃料电池产电性能的影响研究

微生物燃料电池(MFC)作为一种新能源,符合人们绿色环保、可持续发展的发展理念,在MFC中,阳极材料与菌体之间的电子传递情况是制约其性能提升的主要因素.本文主要探索了方便快捷的电化学方法所得到的聚苯胺修饰阳极碳毡电极对MFC产电性能的影响情况.通过扫描电镜可以观察到阳极碳毡电极表面形成了具有一定形态的聚合物.对MFC的电压数据进行分析,表明修饰聚苯胺的碳毡电极最大输出电压可达到(330±5) mV,比对照组的空白碳毡电极提高了365%;且其最大功率密度达到了(425±5) mW·m~(-2),是对照组的6倍.实验结果表明:电化学聚苯胺修饰电极可有效利用聚苯胺导电性好、生物相容性高的优点提高MFC的产电性能.     

碳基材料对有机废弃物厌氧消化的影响及作用机制研究进展

厌氧消化是有机废弃物处理的重要途径之一。首先,综述了碳基材料对提升有机废弃物厌氧消化产酸和产气的效能作用及主要影响因素;然后,从微生物群落结构和丰度的变化、功能微生物活性的提升（如代谢酶和基因丰度等）、微生物之间电子传递的加速、有毒污染物（如氨氮、有机酸等）毒性的削减以及与铁等物质的协同作用等多角度,探究了碳基材料强化厌氧消化效能的关键作用机制;最后,从高效、经济的厌氧消化系统构建以及耦合工艺的开发等角度进行了展望。     

微生物燃料电池阳极载体材料的设计制备与应用

微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFC)的阳极具有承载微生物生长和向外传递电子的双重功能,不同的阳极材料直接影响MFC的输出功率密度,阳极材料的选择与制备在设计高性能MFC时至关重要.论述基于金属氧化物与碳材料设计构建的阳极载体材料的研究进展,介绍几种制备阳极材料的方法及其特点,展望阳极材料设计在MFC应用方面的发展方向.     

微生物燃料电池电极材料研究进展

 微生物燃料电池(MFC)是一种具备污水处理和产电功能的生物电化学技术装量,在微生物催化下将有机能转化成电能。综述了MFC 电极材料的研究进展,评述了阳极材料及其功能的修饰、阴极催化剂对污水处理和MFC 产电性能的进展,指出MFC电极材料设计和研究是未来的发展重点。     

碳材料改性的BiOX光催化材料的研究进展

环境与能源问题严峻,人们迫切需要开发一些高效、环保、稳定的光催化剂。卤氧化铋（BiOX,X为Cl、Br、I）因其独特的层状结构、优异的光学、电学性能而受到光催化领域的广泛关注。但BiOX存在光吸收不足、电子-空穴（electron-hole,e^--h⁺）快速复合、载流子浓度有限等问题而限制了它的应用。利用碳材料修饰BiOX可以极大地提升BiO X的光催化性能。简要介绍了BiOX的结构、性质、改性方案,碳材料基本类型和性质,主要综述了近几年零维,一维,二维,三维碳材料改性的BiOX光催化剂的研究进展,并分析了碳材料对BiOX光催化剂的提升机制,最后展望了碳材料改性的BiOX所面临的机遇和挑战。     

锂离子电池硅/碳负极材料的制备与应用

对锂离子电池中硅/碳负极材料的纳米结构、掺杂改性以及三元复合等制备工艺及其电化学性能、相关机理进行了总结。通过研究不同改性方法对硅/碳负极材料电化学性能的影响,以找到较为优异的改性路径。经过对比发现,通过采用纳米结构、原子掺杂以及三元复合的方法均可显著提升硅/碳负极材料的电化学性能。最后对硅/碳负极材料发展现状进行了简要分析,并对其研究前景进行了展望。     

Aromatic carbon coated tin composites as anode materials for lithium ion batteries

Aromatic carbon coated tin composites (A/Sn) have been prepared by thermal decomposition of the stannous 1,8-naphthalenedicarboxylate precursors, which is a reformative preparation method. Sugar carbon coated tin composites (S/Sn) also are prepared as a contrast with the A/Sn composites. The morphology and composition of the products were characterized by Scanning Electricity Microscopy (SEM) and X-Ray Diffraction (XRD). Their electrochemical performance as anode materials for lithium ion batteries were investigated; the results indicated that these materials exhibited good performance, and the cycle stability of A/Sn composites is especially superior to the S/Sn composites due to its special carbon resource.     

微生物燃料电池同步去除硫化物及产电的对比研究

对比研究空气阴极单室与双室微生物燃料电池(MFC)在去除硫化物及产电性能。当硫化物浓度为100mg/L,共基质葡萄糖浓度为812 mg/L时,单室和双室MFC的最大开路电压分别达897.2 m V和821.7 m V,最大输出功率分别为340.0 m W/m~2和273.8 m W/m~2,库仑效率分别为5.6%和10.7%,单室MFC表现出更好的电能输出,而双室MFC的能量转化效率更高。单室MFC运行72小时后,含硫化物废水中的硫化物去除率为75.4%。含硫化物废水中的有机质也可以得到同步去除,TOC的去除率为17.8%。上述结果表明利用MFC去除硫化物并同步产电是可行的,阴极是系统的主要限制因素。     

Sodium-ion capacitors with superior energy-power performance by using carbon-based materials in both electrodes

Na-ion capacitors(NICs) are promising energy storage devices in virtue of their merits in combining the high energy densities of secondary batteries and the high power densities of supercapacitors.However,it is still very challenging to achieve a balanced energy-power performance in NIC device due to the kinetic imbalance between the battery-type anode and the capacitive-type cathode.In this work,an NIC device based on carbon materials for both anode and cathode has been reported.As-prepared(polyimide/graphene oxide)-derived carbon(PIGC) anode material shows excellent rate capability,which can deliver a specific capacity of 110 mAh g~(-1) at high current densities of 5 A g~(-1).In addition,the N,B co-doped expanded reduced graphite oxide(NBEG)cathode demonstrates a high specific capacitance of 328 F g~(-1).Due to the improved rate capability of PIGC anode and specific capacitance of NBEG cathode,the imbalance on the energy and power densities between anode and cathode is well addressed.As-assembled PIGC//NBEG device can deliver an energy density of 55 W h kg~(-1) even at a high power density of 9500 W kg~(-1).The energy-power properties of PIGC//NBEG are superior to many state-of-the-art NIC devices that using carbon or non-carbon based electrodes.This work offers not only a promising device configuration with superior energy-power properties,but also a guidance for the design strategies on electrode materials for high-throughput energy storage systems.     

A new microfiltration membrane with three-dimensional reticular architecture for Nano-pollutants removal from wastewater

This research provides a new insight into designing next-generation filtration materials for Nano-pollutants removal from wastewater, and potentially for gas/solid or liquid/solid separation in corrosive environment. Considering the high corrosion and oxidation resistance, Ti–40Al–10Nb–10Cr porous alloy was prepared by powder metallurgy and used as a mechanical support with a pore size of around 10 ?μm. Subsequently, metallic Zn nanoparticles was coated on the Ti–40Al–10Nb–10Cr porous framework by means of chemical vapor deposition, obtaining a novel microfiltration membrane with three-dimensional reticular architecture. Furthermore, the influence of Zn coating on surface morphology, pore feature, and filtration capability of Ti–40Al–10Nb–10Cr porous alloy was investigated. It is of note that the as-prepared microfiltration membrane exhibits an excellent Nano-pollutants filtration efficiency of greater than 99.989% from wastewater. Most importantly, such a three-dimensional reticular architecture provides excellent structural stability, allowing the reutilization of the microfiltration membrane for at least 200 filtration cycles of wastewater treatment.     

SnO2基锂离子电池负极材料研究进展

 作为一种N型半导体,二氧化锡基负极材料由于其拥有较高的理论比容量（782 mA·h·g^-1）、高能量密度等优势受到了广泛关注。然而,由于二氧化锡负极材料在充放电过程中的体积效应和本身导电性较差等导致的其循环性能和倍率性能较差,从而制约了其作为锂离子电池负极材料的应用。本文从二氧化锡的纳米化及复合化（包括其与金属氧化物、无定型碳、碳纳米管和石墨烯等复合）2 方面综述了二氧化锡基锂离子电池负极材料的研究进展,同时对SnO₂基锂离子电池负极材料的发展方向进行了展望。     

MTES疏水改性SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料的制备及结构表征

采用原位聚合法,以正硅酸四乙酯(TEOS)为原料、甲基三乙氧基硅烷(MTES)为疏水改性剂,活性炭为载体,制备疏水SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料。采用接触角分析仪、N2吸附法、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)对疏水SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料的表面特性和结构进行表征。结果表明:所制备的疏水SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料的接触角为156°、比表面积为759.2 m2/g、孔体积为4.38 cm3/g,最可几孔径是32nm,孔径主要分布为1～50 nm,疏水SiO2气凝胶均匀地分散于活性炭表面。     

中间相沥青基介孔炭的表征及其用作锂离子电池负极材料的电化学性能

以中间相沥青为碳源、CaCO_3为模板,制备中间相沥青基介孔炭(MPMC)。采用XRD、SEM、TEM等手段表征所制介孔炭的结构和形貌,并将其用作锂离子电池的负极材料,测试电化学性能。结果表明,所制MPMC具有丰富的介孔结构和较大的比表面积及孔体积,随着CaCO_3质量分数的增加,MPMC的比表面积和孔体积先增加后减小,当CaCO_3的质量分数为70%时,所制MPMC的比表面积和孔体积最大;MPMC用作锂离子电池负极材料具有良好的电化学性能,能有效提高锂离子电池的可逆比容量,具有良好的循环稳定性和倍率性能。