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 优先出版.pdf

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1、第11卷第4期环境工程学报Vol．11，No．42017年4月ChineseJournalofEnvironmentalEngineeringApr．2017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111，2，*1，2杨晓双，王凯，冯春华，韦朝海1.华南理工大学环境与能源学院，广州5100062.工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室，广州510006摘要微生物燃料电池(microbialfuelcell，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

2、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119－2mW·m，比未修饰SSB和Ni-foam提高

3、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She-wanellaoneidensisMＲ-1菌可原位还原GOA，

4、佐证了GOA修饰阳极运行后欧姆内阻降低的原因。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;胞外电子传递中图分类号X382．1文献标识码A文章编号1673-9108(2017)04-2598-09DOI10.12030/j．cjee．201510146Grapheneoxideaerogelmodified3Dstainlesssteelbrush/Ni-foamashigh-per-formancemicrobialfuelcellanodematerials111，2，*1，2

5、YANGXiaoshuang，WANGKai，FENGChunhua，WEIChaohai1.CollegeofEnvironmentandEnergy，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510006，China2.TheKeyLaboratoryofPollutionControlandEcosystemＲestorationinIndustryClusters，MinistryofEducation，Guangzhou510006，ChinaAbstrac

6、tTheconductivity，biocompatibility，andspecificsurfaceareaofanodematerialsplayanimportantroleinthepoweroutputofamicrobialfuelcell(MFC)．Metalelectrodematerialswitha3Dstructureexhibithigherconductivityandalargerspecificsurfaceareaincomparisonto2Dstructuredmater

7、ialsandthereforeareconsideredtobepromisingalternativestocarbon-basedmaterials．Here，wesynthesizedgrapheneoxidemodifiedstainlesssteelbrushes(GOA-SSB)andgrapheneoxidemodifiednickelfoam(GOA-Ni-foam)byaone-stepfreeze-dryingmethodforuseasanodematerials，withanaimt

8、oimprovetheMFCperformance．TheresultsshowedthattheGOA-SSBandGOA-Ni-foamanodesachievedahigherperformancewithamaximumpowerden-－2sityof490and119mW·m，8.1timesand5.5timeshigherthanthatobtainedfromtheunmodifi