基于PPy納米線的微型MFC陽極特性研究.pdf

1、微生物燃料電池(MFC)是以微生物為催化劑，將有機物中的化學能轉化為電能的新型生物能源裝置。它原料來源廣泛、反應條件溫和，且對環(huán)境沒有污染的特點而具有非常廣闊的應用前景。而陽極是微生物附著、有機物氧化以及電子傳遞的基礎，是決定MFC產電的關鍵因素之一。因此研究和探索陽極材料的特性，分析相關的導電機制就具有了重要的學術意義和工程價值。
　　本課題首先對聚吡咯納米線和聚吡咯納米線/石墨烯復合材料性能進行了研究。通過不同的材料表征及分析

2、方式，研究了聚吡咯納米線和聚吡咯納米線/石墨烯復合材料的表面形貌、內部結構及電化學特性。結果表明聚吡咯納米線直徑約為140nm，長5μm，而聚吡咯納米線/石墨烯復合材料中，石墨烯成片狀附著在聚吡咯納米線表面。聚吡咯納米線/石墨烯復合材料比聚吡咯納米線具有更好的電化學性能，更有利于電子的傳輸。其中，聚吡咯納米線/石墨烯復合材料電子傳遞速率約為0.104s-1，電荷轉移電阻為4.23Ω cm-2，電極電阻為0.35Ω cm-2，高于相應的聚

3、吡咯納米線電子傳遞速率，低于其電荷轉移電阻及電極電阻。
　　本課題還對以聚吡咯納米線和聚吡咯納米線/石墨烯復合材料分別為陽極的單室微型微生物燃料電池(mini-MFC)的性能進行了研究。研究發(fā)現(xiàn)以聚吡咯納米線/石墨烯復合材料為陽極的mini-MFC的性能要優(yōu)于以聚吡咯納米線為陽極的mini-MFC的性能。其中以聚吡咯納米線/石墨烯復合材料為陽極的mini-MFC的最高電壓達到710mV，最大功率密度達到22.3mW/m2，比以聚吡

4、咯納米線為陽極的mini-MFC的最大輸出功率密度提高了40％。
　　最后，研究了以基于聚吡咯納米線為陽極的mini-MFC的胞外電子傳輸機制。分別以聚吡咯納米線和聚吡咯納米線/石墨烯的復合材料為陽極的mini-MFC中的胞外電子傳輸機制都可能有納米線傳遞機制和氧化還原介體傳遞機制:(i)與聚吡咯納米線直接接觸的微生物，通過微生物表面與納米線形成的“電子傳輸通道”，將電子從微生物表面?zhèn)鬟f到了mini-MFC的陽極表面;(ii)未與