希瓦氏菌/介孔碳阳极界面生物电催化机制研究
发布时间：2021-10-09 15:31
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells,MFCs）可以利用微生物自身的代谢能力将有机物的化学能转换为可直接利用的电能,是近年来引人关注的绿色能源技术。它最大的特点是能够利用废水中的有机质产电,从而在废水处理及环境修复中有着良好的应用前景。目前,MFCs较低的功率输出严重的限制了它作为电源装置的发展和实际应用。电池结构、质子交换膜的质子传导率、阴阳两极的催化能力和微生物的电活性等因素都会影响MFCs的产电性能。其中,阳极的生物-电催化过程是目前认为是决定MFCs输出性能的关键因素,而迟钝的生物膜/电极界面电子转移则是该过程中的限速步骤,也是限制MFCs技术发展的瓶颈所在。纳米结构阳极的应用是解决MFCs发展瓶颈的有效手段。介孔碳作为一种性能优异的纳米材料,具有均一孔径、大孔容、高比表面积、导电性优良和生物兼容性等独特的性质,在超级电容器、锂离子电池、氧还原催化等领域有着广泛的应用。但目前,关于MFCs阳极材料的相关文献还比较少,而且在有限的报道中,其表现出的生物-电催化性能并不如预期的那么好,似乎其大部分孔的面积并没有被充分利用。基于此,本论文通过设计改变介孔碳的表面性...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“H”型双室微生物燃料电池的工作原理
图 1.2 希瓦氏菌胞外电子传递方式[7]。细胞色素机制是产电微生物在阳极表面聚集形成的生物膜，外膜的细胞色素类氧化还原蛋白将电子传递至阳极，在此种要电子中介体，又称为直接电子传递。其中，吸附在阳极表电子传输，而游离的微生物对电池输出电流贡献较少。纳米生的一类类似纤毛状的物质，具有传递电子的能力，它们相同的菌体连接起来，实现远距离传输电子，不必局限于细胞一步提高阳极的生物电催化活性[8]。穿梭机制是微生物利用外加或自身分泌的电子介体，将产生面的方式，又称为间接电子传递。由于受到微生物细胞壁的自身不能将电子传递至电极表面，需要外加中介体进行电子QDS、硫堇、铁氰化钾、吩嗪等；少数产电微生物可以通过自电子传递，如绿脓菌素、质体蓝素、小菌素等[9]。文中所有实验使用的细菌均为腐败希瓦式菌（Shewanella p希瓦式菌属的胞外电子传递既包含了直接电子传递又包含了
MFCs 因其绿色环保并且能量转换效率高等优势被认为是替代传统化石能源有力竞争者之一。典型的 MFCs 由阴极、阳极和质子交换膜构成，其中阳极既产电微生物附着的载体，同时又是电子传递的关键位点[18]，因此，改善阳极性是促进 MFCs 输出功率提升的关键。比如采用性能优良的纳米材料修饰 MFCs极，可以提高电子在产电微生物和电极间的界面电子传递速率。此外，通过优材料的组成来增强电极的生物相容性和表面性质，提高催化剂与电极间的相互用，也能促进生物电催化过程高效稳定地进行，从而达到提高 MFCs 性能的目。.3.1 传统碳基电极材料由于碳基材料具有成本低廉、良好的生物相容性、较好的导电性和化学稳定，碳纸、石墨板、石墨片、石墨棒、碳布等传统碳基材料已经广泛用作 MFCs极[15-19]。并且这些碳材料已经成为了质量可靠的商业化产品，因此常被用来作电池性能评估的标准电极材料。
【参考文献】：
期刊论文
[1]介孔碳的研究进展及应用[J]. 李鹏刚,王靖轩,郭飞飞,何昱轩,唐光贝,罗永明,朱文杰. 化工进展. 2018(01)
[2]有序介孔碳材料的表面改性及电化学性能研究[J]. 李娜,韩一明,许建雄,许利剑,杜晶晶. 功能材料. 2015(S1)
[3]硝酸活化对针状焦电化学性能的影响[J]. 许永霞,王保成,李建华,高成凤,王树岗. 煤炭转化. 2012(04)
[4]中国新能源发展研究[J]. 刘琦. 电网与清洁能源. 2010(01)
[5]离子液体及其在分离分析中的应用进展[J]. 肖小华,刘淑娟,刘霞,蒋生祥. 分析化学. 2005(04)
[6]21世纪发展生物质能前景广阔[J]. 张无敌,宋洪川,韦小岿,熊志伟,陶朴良. 中国能源. 2001(05)
硕士论文
[1]基于石墨烯气凝胶的微生物燃料电池阳极生物—电催化研究[D]. 温国云.西南大学 2016
本文编号：3426635
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“H”型双室微生物燃料电池的工作原理
图 1.2 希瓦氏菌胞外电子传递方式[7]。细胞色素机制是产电微生物在阳极表面聚集形成的生物膜，外膜的细胞色素类氧化还原蛋白将电子传递至阳极，在此种要电子中介体，又称为直接电子传递。其中，吸附在阳极表电子传输，而游离的微生物对电池输出电流贡献较少。纳米生的一类类似纤毛状的物质，具有传递电子的能力，它们相同的菌体连接起来，实现远距离传输电子，不必局限于细胞一步提高阳极的生物电催化活性[8]。穿梭机制是微生物利用外加或自身分泌的电子介体，将产生面的方式，又称为间接电子传递。由于受到微生物细胞壁的自身不能将电子传递至电极表面，需要外加中介体进行电子QDS、硫堇、铁氰化钾、吩嗪等；少数产电微生物可以通过自电子传递，如绿脓菌素、质体蓝素、小菌素等[9]。文中所有实验使用的细菌均为腐败希瓦式菌（Shewanella p希瓦式菌属的胞外电子传递既包含了直接电子传递又包含了
MFCs 因其绿色环保并且能量转换效率高等优势被认为是替代传统化石能源有力竞争者之一。典型的 MFCs 由阴极、阳极和质子交换膜构成，其中阳极既产电微生物附着的载体，同时又是电子传递的关键位点[18]，因此，改善阳极性是促进 MFCs 输出功率提升的关键。比如采用性能优良的纳米材料修饰 MFCs极，可以提高电子在产电微生物和电极间的界面电子传递速率。此外，通过优材料的组成来增强电极的生物相容性和表面性质，提高催化剂与电极间的相互用，也能促进生物电催化过程高效稳定地进行，从而达到提高 MFCs 性能的目。.3.1 传统碳基电极材料由于碳基材料具有成本低廉、良好的生物相容性、较好的导电性和化学稳定，碳纸、石墨板、石墨片、石墨棒、碳布等传统碳基材料已经广泛用作 MFCs极[15-19]。并且这些碳材料已经成为了质量可靠的商业化产品，因此常被用来作电池性能评估的标准电极材料。
【参考文献】：
期刊论文
[1]介孔碳的研究进展及应用[J]. 李鹏刚,王靖轩,郭飞飞,何昱轩,唐光贝,罗永明,朱文杰. 化工进展. 2018(01)
[2]有序介孔碳材料的表面改性及电化学性能研究[J]. 李娜,韩一明,许建雄,许利剑,杜晶晶. 功能材料. 2015(S1)
[3]硝酸活化对针状焦电化学性能的影响[J]. 许永霞,王保成,李建华,高成凤,王树岗. 煤炭转化. 2012(04)
[4]中国新能源发展研究[J]. 刘琦. 电网与清洁能源. 2010(01)
[5]离子液体及其在分离分析中的应用进展[J]. 肖小华,刘淑娟,刘霞,蒋生祥. 分析化学. 2005(04)
[6]21世纪发展生物质能前景广阔[J]. 张无敌,宋洪川,韦小岿,熊志伟,陶朴良. 中国能源. 2001(05)
硕士论文
[1]基于石墨烯气凝胶的微生物燃料电池阳极生物—电催化研究[D]. 温国云.西南大学 2016
本文编号：3426635
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3426635.html
