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.     

Mn_3O_4修饰石墨阳极MFC的产电性能与阳极电容特性

制备了Mn_3O_4修饰石墨阳极。在微生物燃料电池(MFC)中研究了Mn_3O_4对MFC产电性能及阳极电容特性的影响。Mn_3O_4修饰阳极的MFC最大功率密度为255mW/m2,比对照组提高了25%。Mn_3O_4修饰阳极的MFC比电容为14.7mF/cm2,比对照组提高了88%。在电化学阻抗(EIS)测试中,创建了R(Q(R(QR)))(QR)模型,对MFC内阻与电容的组成和大小进行了分析。测试表明,Mn_3O_4修饰电极降低了生物膜和电极界面的电荷转移内阻,增大了生物膜和电极界面的赝电容,从而提高了MFC的产电能力和间歇式放电MFC的能量利用率。     

聚3,4-乙烯二氧噻吩在海洋微生物燃料电池阳极改性中的应用

采用聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)修饰石墨阳极,采用恒电位仪、扫描电子显微镜、能谱仪对其进行表征,并探讨其在U型微生物燃料电池(MFC)中影响海洋产电菌Shewanella sp.S2产电的机制.结果表明:电化学法合成的PEDOT呈片状覆盖在石墨表面,并带有一些颗粒状凸起(直径约200nm).PEDOT修饰后,MFC表观内阻从471Ω下降到390Ω;稳定期的电流密度(173.6mA/m~2)是未修饰MFC(74.4mA/m~2)的2.33倍.扫描电镜结果显示,PEDOT修饰显著提高了产电菌在阳极表面的吸附量.由于电极表面的粗糙度远小于细菌尺寸,推测MFC产电能力的提高主要是由于PEDOT与产电菌间的电荷相互作用而不是电极表面粗糙度.     

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.     

二氧化铅/石墨烯电极的制备及其电化学性能

采用沉淀结合法,制备二氧化铅/石墨烯(β-PbO₂/rGO)复合材料.通过X-射线粉末衍射仪(XRD)、场发射电子扫描显微镜(FESEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)和比表面积分析仪研究该复合材料的结构、形貌和比表面积,利用电化学测试技术研究β-PbO₂/rGO复合电极和纯β-PbO₂电极的电化学性能.结果表明:在复合材料中,纳米β-PbO₂较均匀地分散在rGO片表面,β-PbO₂/rGO复合材料比纯β-PbO₂具有更大的比表面积;复合电极因具有更多的反应活性位点,电化学反应速度较快;在不同的电流密度下,β-PbO₂/rGO电极的质量比容量比纯β-PbO₂电极高,证明复合电极具有比纯β-PbO₂电极更好的电化学性能.     

微生物燃料电池La_(0.7)Sr_(0.3)CoO_3/PANI阴极催化剂的制备及催化性能

采用原位聚合法合成了La0.7Sr0.3CoO3/PANI复合材料微生物燃料电池(MFC)阴极催化剂。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对所制备催化剂进行结构和微观形貌表征。采用循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)对复合材料进行电化学性能的分析。结果表明,聚苯胺(PANI)含量的差异导致催化剂的活性有较大区别,在磷酸盐缓冲溶液中含PANI质量分数为6%的La0.7Sr0.3CoO3/PANI催化剂表现出了良好的活性。将所制备催化剂应用于单室微生物燃料电池阴极,结果显示,PANI质量分数为6%的La0.7Sr0.3CoO3/PANI对应MFC的最大功率密度258.91mW/m2,相应开路电压达642.7mV。这表明La0.7Sr0.3CoO3/PANI催化剂具有显著的催化活性,为需求有效MFC阴极催化剂材料提供了新途径。     

Ni3S2 -多孔镍@泡沫镍电极制备及其赝电容性能

采用氢气鼓泡法预处理泡沫镍集流体,通过循环伏安法原位电沉积Ni₃S₂活性材料,制备了Ni₃S₂-多孔镍@泡沫镍(Ni₃S₂-Ni@NF)电极.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)对物相结构进行了表征,并利用电化学工作站测试了电化学性能.结果表明:制备的Ni₃S₂-Ni@NF材料表现出优异的赝电容性能,在2 mA/cm2的电流密度下,比电容达到4.56 F/cm2,且具有优异的倍率性能(20 mA/cm2的电流密度下,比电容达到4.06 F/cm2)和循环性能(10 mA/cm2的电流密度下,循环1 000次的比电容保持率约73%).     

微生物燃料电池聚苯胺膜阳极的制备及性能

 分别用恒电压法、脉冲极化法、循环伏安法制备聚苯胺(PANI)膜阳极,并应用于固定床微生物燃料电池(MFC),考察其产电及污水处理性能。结果表明,与恒电压法和脉冲极化法相比,循环伏安法制备的PANI 膜阳极导电性最好,且其电极电阻(3.65 Ω)与恒电压法制备的电极电阻(55.45 Ω)相比降低了51.8 Ω。循环伏安法制备的PANI 膜阳极应用于MFC,最大功率密度和开路电压分别为215.6 mW·m^-2和849.3 mV,比恒电压法制备的PANI 膜阳极MFC 最大功率密度和开路电压分别提高了50.6%和45.1%。与恒电压法和脉冲极化法相比,循环伏安法制备的PANI 膜阳极,可一定程度上缩短MFC 启动时间,增加电池产电稳定性,提高MFC 对污水有机物的去除率,为MFC 高性能阳极的制备提供了一种新途径。     

Mn_3O_4修饰阳极微生物燃料电池的产电性能

采用超声分散法和溶胶浸渍法制备了Mn3O4修饰电极,在微生物燃料电池(MFC)中,研究了不同方法修饰的Mn3O4阳极对MFC产电能力的影响。实验结果表明:超声分散法制备的Mn3O4作为阳极,MFC最大功率密度为0.172 W/m2,相比对照组降低了22%;产电菌在电极表面的电子传递受到了抑制。溶胶浸渍法制备的Mn3O4作为阳极,MFC最大功率密度则为0.431W/m2,相比对照组增加了93%;MFC的电荷转移内阻降低了67%,并具有赝电容特性。     

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。     

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。     

WO3/碳点/TiO2复合纳米材料的制备及其光致阴极保护作用研究

采用两步阳极氧化法制备了TiO₂纳米阵列（TNAs）,然后分别采用浸泡法和电沉积法在TNAs表面负载碳点层和WO₃层,得到WO₃/碳点/TNAs复合纳米光阳极（TCW）,并通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和X射线光电子能谱仪（XPS）对其进行了表征。采用紫外可见漫反射光谱法（UV-Vis DRS）和电化学方法测定了TCW光阳极的光吸收和电化学性能,并评价了在模拟海水溶液中TCW对Q235碳钢的光致阴极保护作用。结果显示：与TNAs相比,TCW的吸收边从紫外光区（384 nm）扩展至可见光区（426 nm）,带隙宽度（E_g）从3.23 eV降低到2.91 eV,对光的吸收能力显著提升;可见光响应电流密度提高了6.85倍,达到157 μA/cm²。将TCW光阳极与Q235碳钢阴极耦合后,阴极表面的稳态光响应电流密度达到101 μA/cm²;与耦合前相比,其自腐蚀电位降低了0.41 V （vs.Ag/AgCl）,电化学电流噪声（ECN）振幅增大,腐蚀过程受到明显抑制。以上结果表明TCW对Q235碳钢具有优异的光致阴极保护作用。     

土壤微生物燃料电池在不同条件下的产电性能及微生物群落结构分析

通过构建一种新型的无膜单室土壤微生物燃料电池(MFC),考察了电极间距和外接电阻对土壤MFC产电性能的影响,并对阳极微生物群落结构进行分析.研究结果表明,电极间距和外接电阻对土壤MFC的输出电压和最大功率密度有显著的影响.当间距从4 cm增大到12 cm时,土壤MFC的输出电压、最大功率密度呈现出先升高后降低的趋势;阴极淹没在1 cm水层以下时,其输出电压显著降低至30 mV左右,最大功率密度为4.67 mW/m~2;外接电阻从300Ω增大到2 000Ω时,土壤MFC的输出电压从80 mV增大到了330 mV,最大功率密度从14.33mW/m~2增大到了60.40 mW/m~2.电极间距的增加或外接电阻的增大对阳极电势有显著影响,而阴极电势并没有发生差异性变化.通过高通量测序分析发现,土壤MFC和开路对照组中的阳极微生物群落结构存在显著差异.产电菌Deltaproteobacteria,Desulfuromonadales和Geobacteraceae在土壤MFC中是优势种群,其中Deltaproteobacteria的相对丰度高达24.91%,Desulfuromonadales和Geobacteraceae的相对丰度也远高于开路对照组.     

WO3/碳点/TiO2复合纳米材料的制备及其光致阴极保护作用研究

采用两步阳极氧化法制备了TiO₂纳米阵列（TNAs）,然后分别采用浸泡法和电沉积法在TNAs表面负载碳点层和WO₃层,得到WO₃/碳点/TNAs复合纳米光阳极（TCW）,并通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和X射线光电子能谱仪（XPS）对其进行了表征。采用紫外可见漫反射光谱法（UV-Vis DRS）和电化学方法测定了TCW光阳极的光吸收和电化学性能,并评价了在模拟海水溶液中TCW对Q235碳钢的光致阴极保护作用。结果显示：与TNAs相比,TCW的吸收边从紫外光区（384 nm）扩展至可见光区（426 nm）,带隙宽度（E_g）从3.23 eV降低到2.91 eV,对光的吸收能力显著提升;可见光响应电流密度提高了6.85倍,达到157 μA/cm²。将TCW光阳极与Q235碳钢阴极耦合后,阴极表面的稳态光响应电流密度达到101 μA/cm²;与耦合前相比,其自腐蚀电位降低了0.41 V （vs.Ag/AgCl）,电化学电流噪声（ECN）振幅增大,腐蚀过程受到明显抑制。以上结果表明TCW对Q235碳钢具有优异的光致阴极保护作用。     

MnO2/CNTs复合物的合成及其AZIBs正极材料性能

以乙酸锰和过硫酸铵为原料，通过水热合成法制备MnO₂,再通过超声法制备MnO₂/CNTs复合物.运用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜对产物进行表征，并运用循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电测试MnO₂/CNTs复合物作为AZIBs正极材料的电化学性能.结果表明：在反应温度140℃,反应时间22 h的条件下，制得的MnO₂产物为β-MnO₂纳米线；将其与CNTs复合后，β-MnO₂的化学结构没有发生改变；在0.1C倍率下循环20次，β-MnO₂/CNTs电极在1 mol/L ZnSO₄+0.5 mol/L MnSO₄水溶液中的首次放电比容量为140 mAh/g,较β-MnO₂/CNTs电极在1 mol/L ZnSO₄水溶液中的首次放电比容量(45 mAh/g)提高了2倍，较β-MnO₂电极在1 mol/L ZnSO<...     

微生物燃料电池启动过程的电化学行为

构建了以初沉池污水接种、铁氰化钾作为阴极液的典型H型无介体微生物燃料电池(MFC),考察了MFC在启动过程中的电化学行为。结果表明:在启动期间,MFC开路电压比闭路电压提前达到稳定,电池内阻的变化决定了MFC的启动过程。铁氰化钾阴极电位的变化幅度较小,阳极电位的降低幅度远大于阴极电位,启动过程电压的变化由阳极电位主导。启动中的电化学阻抗谱(EIS)分析表明,电池电荷转移内阻随着启动过程的进行呈现不断下降的趋势,反映了MFC阳极产电微生物的繁殖与驯化过程。     

Ce0.8Sm0.2O1.9中间层对La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ阳极电化学性能的影响

通过固相反应法合成La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ(LSCM)以及Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)粉体。采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学阻抗谱法、循环伏安法和热膨胀法分别对试样的晶体结构、化学相容性、微观结构、电化学性能和热膨胀系数进行了研究。结果表明:LSCM阳极与SDC之间具有良好的化学相容性;含有SDC中间层的LSCM阳极显示出更小的比表面电阻和极化过电位;在800℃H2气氛下,含有SDC中间层的LSCM阳极的比表面电阻为0.76Ω.cm2,与单层LSCM阳极相比下降了72.1%,阳极极化过电位(电流密度为0.05A/cm2)下降了70.4%;SDC中间层的加入会导致热膨胀不匹配率的略微增大。     

pH对腐熟蓝藻微生物燃料电池产电性能的影响

采用双室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)装置,以腐熟蓝藻为阳极基质,以氧气为阴极电子受体,考察阳极基质初始pH对MFC产电性能和腐熟蓝藻降解效果的影响。研究结果表明:阳极基质为弱碱性时,可提高电子传递效率,有利于MFC产电。初始pH为8时,MFC最大输出功率密度为3.83 m W/m2,分别是初始pH为6,7和9时的1.46倍、1.18倍和1.58倍,并且pH为8时,COD的去除率达到89.8%。在稳定产电期间,由于阳极H+向阴极迁移的速率高于参与阴极还原反应的消耗速率,导致阴极室内H+积累,使pH持续下降。调控阳极基质pH、提高阴极还原反应速率,在有效降解蓝藻的同时实现电能输出,为蓝藻资源化利用提供了新的途径。     

B位Mn掺杂Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ作为中温固体氧化物燃料电池阳极的性能

采用溶胶-凝胶燃烧法合成出Sr₂Fe_1.4Mn_0.1Mo_0.5O_6-δ（SFMn0.1M）材料,并将其作为中温固体氧化物燃料电池的阳极.表征了SFMn0.1M材料的晶体结构、微观形貌、元素价态、电导率和电化学性能.X射线衍射表明Mn取代后,SFMn0.1M依然保持了立方钙钛矿结构,扫描电子显微镜观察到其微观形貌为三维多孔结构.SFMn0.1M作为SOFCs阳极显示出优异的电化学性能,在800℃下SFMn0.1M的电导率为14.7 S·cm-1,以SFMn0.1M为阳极材料组装单电池,H₂作为燃料,其最大功率密度在800,750,700和650℃下分别为565.2,385.2,303.9和141.2 mW·cm-2.因此,SFMn0.1M在作为IT-SOFC阳极材料时表现出巨大的潜力.      

锂离子电池正极材料Li［CoxLi 1/3-x/3Mn2/3-2x/3］O2的制备与表征

采用柠檬酸盐法合成了Li［Co_xLi _{1/3-x/3}Mn_2/3-2x/3］O₂（x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5）正极材料. 利用X射线衍射(XRD), Raman光谱和红外光谱(FTIR)等方法研究不同质量分数的Co对材料晶体结构的影响, 并分析了原因. 对不同组分的材料进行了电化学性能测试, 结果表明, 当x=0.5时, 样品充放电容量高, 循环性能优良. 