氮修饰石墨毡用于微生物燃料电池阳极材料的研究

《氮修饰石墨毡用于微生物燃料电池阳极材料的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文氮修饰石墨毡用于微生物燃料电池阳极材料的研究作者：杜皓月指导教师：王娟副教授南京理工大学2014年3月MasterDegreeDissertationInvestigationofnitrogmodifiedgraphitenitrogenmodiliedgraphirefeltsastheanodeofmicrobialfuelcellSupervisedbyAss．P70j．JuanWangNanjingUniversityofScience&TechnologyMarch，2014声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在

2、本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：僻矽／7年弓月7两学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：—u牛纱7忤／；月功日硕士论文氮修饰石墨毡用于微生物燃料电池阳极材料的研究摘要微

3、生物燃料电池(MFC)作为近几年来发展起来的新可再生能源装置，具有条件温和、环境友好和在有效回收能源的同时可实现废水处理等优点，有望解决由于全球化石能源短缺以及化石能源在使用和开采中对环境的危害等问题，成为本世纪能源和环境领域的研究热点。微生物燃料电池利用微生物作为催化剂，氧化有机物质，直接将化学能转化为电能。影响MFC输出功率的最大限制因素是电子的转移过程。从MFC的结构来看，阳极作为电子转移的载体，对阳极的研究显得很重要，本文采用三种不同类型的含氮化合物修饰石墨毡作为微生物燃料电池的阳极，研究改性阳极材料对MFC产电性能的影响，并根据等温吸附法(BET)

4、、扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(XPS)等分析方法来进一步探索了氮修饰阳极对MFC的产电性能产生影响的原因。首先使用过硫酸铵通过浸渍和电化学氧化法修饰石墨毡作为阳极材料。实验结果表明：没有修饰过的石墨毡(GF)电压为0．5．0．52V，最大功率密度为283mW／m2；而浸渍法修饰的石墨毡(GF—A)和电化学氧化法修饰的石墨毡(GF．AI)所获得的最大输出功率密度分别为510mW／m2和609mW／m2，经过XPS的分析表明，MFCs输出功率随着阳极表面N／C比增加而增加。然后采用经过乙二胺和甘氨酸修饰过后的石墨毡作为阳极材料。实验结果表明：获得的最大

5、输出功率为355mW／m2和500mW／m2，分别比GF增加了25％和77％。SEM图分析表明经过修饰过后的石墨毡吸附的微生物比较多，主要是由于经过乙二胺和甘氨酸修饰过后的石墨毡表面变得更粗糙，比表面积比较大，从而更多的细菌吸附在电极上，使得电子能够更容易的从微生物传递到阳极上。最后采用聚苯胺和聚氮氮二甲基苯胺修饰石墨毡作为阳极材料。实验结果表明：获得的最大输出功率密度分别为366mW／m?和333mW／m2。聚苯胺上N的孤对电子成为共轭主链的一部分，与醌式结构单元的N结合，形成了具有电荷传输作用的极化孤子，因此增加了电极的导电性。通过SEM和其他电化学测量

6、手段，观察了材料表面的形态并进一步证明电池性能的改变。阳极表面积从未修饰的50．24m2／g增加到96．12m2／g和83．15m2儋，同时内阻也降低。增加的表面积和减少的内阻都可能是MFCs产电性能提高的重要原因，导电聚合物能够帮助阳极材料提高导电性和生物兼容性，从而提高MFC的输出功率。关键词：微生物燃料电池，石墨毡，阳极修饰，含氮化合物，功率密度Abstract硕士论文Microbialfuelcells(MFC)，usedasakindofenvironmentallyfriendlyandrenewableenergysourcehavequick

7、lydevelopedinrecentyears，InMFC，theuseofmicroorganismsasthecatalystsoxidizeorganic(inorganic)matteranddirectlyconvertchemicalenergyintoelectricity．ThebiggestfactorrestrictingtheMFCoutputpowerdensityiselectrontransferprocess．FromtheconstitutedofMFC，theresearchonMFCanodehasveryimporta

8、ntsignificance．Theornament