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石墨烯氧化物气凝胶修饰金属阳极促进微生物燃料电池的产电性能

发布时间:2018-02-26 23:25

  本文关键词: 微生物燃料电池 三维金属阳极 石墨烯氧化物气凝胶修饰 产电性能比较 胞外电子传递 出处:《环境工程学报》2017年04期  论文类型:期刊论文


【摘要】:微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)阳极的比表面积、生物相容性以及导电性被认为是影响微生物燃料电池产电性能的关键因素。三维金属阳极因其导电性强、比表面积较二维电极材料大等优点可用来取代碳基电极。为了提高微生物燃料电池的产电性能,本研究选用2种具有三维结构的不锈钢刷(SSB)和泡沫镍(Ni-foam)为金属阳极基材,并将石墨烯氧化物(GO)通过一步冷冻干燥法合成石墨烯氧化物气凝胶复合金属电极(GOA-SSB/Ni-foam),将其作为阳极进行MFC的产电性能研究。结果显示:在MFC运行中,GOA-SSB和GOA-Ni-foam作为阳极,最大功率密度分别达到490和119m W·m~(-2),比未修饰SSB和Ni-foam提高8.1和5.5倍。扫描电镜(SEM)表征显示三维复合金属阳极表面附着的微生物量远高于未修饰电极,且未修饰的SSB和Ni-foam电极表面较GOA-SSB和GOA-Ni-foam电极表面腐蚀更严重,说明GOA不仅可提升阳极比表面积、生物相容性还可减缓阳极基材的腐蚀。电化学阻抗(EIS)结果表明GOA-SSB和GOA-Ni-foam阳极相比于未修饰阳极能够极大的降低传荷电阻,证实GOA修饰阳极加快了电子传递速率。另外,拉曼(Raman)表征显示Shewanella oneidensis MR-1菌可原位还原GOA,佐证了GOA修饰阳极运行后欧姆内阻降低的原因。
[Abstract]:The specific surface area, biocompatibility and conductivity of microbial fuel cell anodes are considered to be the key factors affecting the electrical properties of microbial fuel cells. In order to improve the electrical performance of microbial fuel cells, two kinds of stainless steel brushing SSBs with three dimensional structure and nickel foam Ni-foam) were selected as metal anode substrates. The GOA-SSB-Ni-foam-composite metal electrode (GOA-SSB-Ni-foamg) was synthesized by one step freeze-drying method. The electrical properties of MFC were studied by using it as anode. The results showed that GOA-SSB and GOA-Ni-foam were used as anode in MFC operation. The maximum power densities reached 490 and 119 MW 路m ~ (-1) ~ (-2), respectively, which were 8.1 and 5.5 times higher than those of unmodified SSB and Ni-foam. SEM analysis showed that the microorganism attached on the surface of the three-dimensional composite metal anode was much higher than that on the unmodified electrode. The surface corrosion of unmodified SSB and Ni-foam electrodes is more serious than that of GOA-SSB and GOA-Ni-foam electrodes, which indicates that GOA can not only increase the specific surface area of the anode, but also increase the specific surface area of the anode. The results of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) showed that the charge transfer resistance of GOA-SSB and GOA-Ni-foam anode was significantly lower than that of unmodified anode, which proved that GOA modified anode accelerated the electron transfer rate. Raman Raman characterization showed that Shewanella oneidensis MR-1 could reduce oar in situ, which proved that the ohmic resistance of GOA modified anode decreased after operation.
【作者单位】: 华南理工大学环境与能源学院;工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室;
【基金】:国家自然科学基金资助项目(51378216)
【分类号】:X703;TM911.45

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本文编号:1540149


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