二硫化鐵/石墨烯陽極：提升MFC性能的新方案

據Material Views網站報道：隨著人口的增加和現代社會的發展，我們正在產生越來越多的垃圾和廢水。傳統的汙水處理工藝是個高能耗、物(wu)耗(hao)和(he)溫(wen)室(shi)氣(qi)體(ti)排(pai)放(fang)為(wei)代(dai)價(jia)，同(tong)時(shi)浪(lang)費(fei)了(le)廢(fei)水(shui)有(you)機(ji)物(wu)中(zhong)蘊(yun)含(han)的(de)化(hua)學(xue)能(neng)，因(yin)此(ci)發(fa)展(zhan)在(zai)廢(fei)水(shui)高(gao)效(xiao)處(chu)理(li)過(guo)程(cheng)中(zhong)回(hui)收(shou)可(ke)利(li)用(yong)的(de)資(zi)源(yuan)與(yu)能(neng)源(yuan)的(de)新(xin)技(ji)術(shu)與(yu)新(xin)方(fang)法(fa)具(ju)有(you)經(jing)濟(ji)和(he)生(sheng)態(tai)雙(shuang)重(zhong)效(xiao)益(yi)。

微生物燃料電池（MFC）利用產電微生物催化降解有機物
，將有機物蘊含的化學能轉化為電能，具有清潔高效
、原yuan位wei利li用yong和he循xun環huan利li用yong的de優you點dian，作zuo為wei一yi種zhong能neng夠gou將jiang廢fei水shui再zai生sheng為wei能neng源yuan的de技ji術shu受shou到dao了le廣guang泛fan的de關guan注zhu。然ran而er，產chan電dian微wei生sheng物wu催cui化hua降jiang解jie有you機ji物wu產chan業ye化hua的de前qian提ti和he難nan點dian問wen題ti是shi如ru何he大da幅fu度du提ti高gao微wei生sheng物wu催cui化hua降jiang解jie有you機ji物wu產chan電dian的de效xiao率lv。本ben質zhi上shang，微wei生sheng物wu催cui化hua降jiang解jie有you機ji物wu產chan電dian的de效xiao率lv主zhu要yao受shou微wei生sheng物wu胞bao外wai電dian子zi轉zhuan移yi速su率lv的de製zhi約yue，因yin此ci強qiang化hua微wei生sheng物wu的de附fu著zhe力li及ji提ti高gao微wei生sheng物wu胞bao外wai電dian子zi傳chuan遞di能neng力li將jiang有you效xiao提ti升sheng微wei生sheng物wu催cui化hua降jiang解jie有you機ji物wu產chan電dian的de效xiao率lv。

近期


，哈爾濱工業大學劉紹琴課題組根據Geobacter產電微生物可以利用Fe³⁺和S作為電子傳遞通路的特性，通過簡便的水熱反應合成了二硫化鐵/石墨烯複合物（FeS₂/rGO）作為微生物燃料電池的陽極。該複合納米結構不僅極大地改善了Geobacter產電微生物在電極表麵的黏附能力，而且有利於Geobacter在群落中與其他細菌的競爭，實現了Geobacter產電微生物的選擇性富集，從而將微生物燃料電池的啟動周期從常規碳布電極的十幾天降低到2天。此外
，FeS₂納米粒子的引入顯著減小了電極的電荷轉移阻抗，促進了微生物-電極界麵之間的電子傳遞，獲得了3.22 W/m²的麵功率密度。將其用於啤酒廠廢水的處理
，也獲得了較高的電壓和功率密度以及良好的有機物去除率。

微生物燃料電池是一個十分複雜的體係，涉及細菌自身複雜的代謝和群體的互作、生物電極界麵的相互作用、複雜的傳質過程和電化學反應。關於特定條件下MFCxingnengdeyanjiuxiangduibijiaochongfen，danshangshudeyixiejibenguochengrengranxuyaobeijinyibudeyanjiuhegengxiangxidechanshu。womenxiangxin，duiyuweishengwuzishendaixiehezhongqunjianxianghuzuoyongdejinyibujieshiyijixijun-電極之間微納界麵的進一步研究將有助於指導未來MFC陽極的設計和應用。相關論文在線發表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201800618)上。