铁基纳米粒子改性碳布复合材料的制备及其在微生物燃料电池阳极中的应用

微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)可将废水中的有机物直接转化为电能,提供了可持续电能的潜在解决方案.然而,MFCs在实际应用中存在细菌负载能力低、阳极与电化学活性生物膜之间的胞外电子传递(Extracellular electron transfer,EET)效率相对较差等不足.本研究采用绿色高效的微波辅助方法和高温退火工艺,成功制备了铁基纳米粒子改性碳布(Fe3C/Fe@CC),此复合材料具有较好的生物相容性和电催化活性,可作为MFCs的阳极材料.实验结果表明,基于Fe3C/Fe@CC复合材料的MFCs的功率密度高达2209 mW/m2,相比基于纯碳布阳极的...

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Published in分析化学 Vol. 52; no. 4; pp. 566 - 577
Main Authors 李桂莲, 陆闽侨, 侯月腾, 王帆
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 哈尔滨工业大学化工与化学学院,哈尔滨 150001%哈尔滨工业大学生命科学与技术学院,哈尔滨 150001 2024
Subjects
微波辅助合成方法
Microbial fuel cells
铁基纳米粒子改性碳布阳极
Iron-based nanoparticle-modified carbon cloth anode
胞外电子转移
Microwave-assisted synthesis method
微生物燃料电池
Extracellular electron transfer
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ISSN0253-3820
DOI10.19756/j.issn.0253-3820.231147

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Summary:微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)可将废水中的有机物直接转化为电能,提供了可持续电能的潜在解决方案.然而,MFCs在实际应用中存在细菌负载能力低、阳极与电化学活性生物膜之间的胞外电子传递(Extracellular electron transfer,EET)效率相对较差等不足.本研究采用绿色高效的微波辅助方法和高温退火工艺,成功制备了铁基纳米粒子改性碳布(Fe3C/Fe@CC),此复合材料具有较好的生物相容性和电催化活性,可作为MFCs的阳极材料.实验结果表明,基于Fe3C/Fe@CC复合材料的MFCs的功率密度高达2209 mW/m2,相比基于纯碳布阳极的MFCs(1933 mW/m2)提高了17%,这主要是因为Fe3C/Fe@CC能够有效提高微生物与电极之间的EET效率,增大电化学活性表面积,同时促进产电菌地杆菌(Geobacter)的富集.本研究采用微波辅助和高温退火方法快速制备了高导电复合阳极,为MFCs阳极的大规模制备提供了一种新方法.
ISSN:0253-3820
DOI:10.19756/j.issn.0253-3820.231147