納米銀-碳復合體陰極微生物燃料電池的產電性能研究.pdf

1、隨著能源消耗與環(huán)境問題愈演愈烈，新型能源技術開發(fā)應用備受矚目。微生物燃料電池技術(MFCs)是一項新型產能技術，它可以依靠微生物進行生物質產電，并同時從廢水中獲取能量，這些能量又以電能和化學能（氫氣、甲烷）的形式存在，而非耗費電能。但其較低的功率輸出和基質電子恢復率(即庫倫效率CE)，以及較高的催化材料(商業(yè)Pt/C)成本仍成為其大規(guī)模應用的主要限制。例如已被設計出的小體積(28 cm3)單室空氣陰極反應器，它通過減小電極間的距離(4c

2、m)降低電池的內阻來提高MFCs的功率輸出，然而隨著反應器的運行，有機物從陽極到陰極的交叉污染使陰極表面逐漸形成一層異養(yǎng)微生物膜，導致陰極氧還原過程中氧氣的消耗和基質的損失，使得陰極氧還原效率受到抑制，從而使功率輸出逐漸下降，氧氣濃度和庫倫效率也不斷降低。
　　本文針對上面提到的單室反應器遇到的問題展開研究，以納米銀/碳復合體作為陰極催化劑材料，通過納米銀的氧還原(ORR)催化活性及其對陰極異養(yǎng)微生物的抑制作用提高MFCs的產電性

3、能。為了進一步提高這種復合物陰極的氧還原能力，本文先后制備了兩種類型的陰極材料，以生物質能源廢物（柚子皮）作為碳源，分別引入Fe3+和WC作為石墨催化劑和助催化劑相應地改變了復合材料的催化活性和抑菌性能，通過XRD、XPS、Raman、TG-IR、BET、SEM、TEM等物理和化學表征測試手段研究各種產物的晶相、形貌、相變。并通過電化學分析手段，通過檢測氧還原過程中的自由基和活性中間體及其電化學行為，分析氧在三相界面發(fā)生催化反應的轉化歷

4、程及影響機制。通過同位熱還原的方法，根據碳熱還原和基團配位的原理合成納米銀/碳復合物。實驗結果表明，采用同步還原法操作簡單，容易進行，一方面混合焙燒形成的復合物中，碳層和鐵塊相互堆積對納米銀起到很好的保護作用，另一方面使銀納米粒子能夠均勻分散并與碳緊密結合，從而提高納米銀的催化活性和穩(wěn)定性;引入Fe3+能夠有效促進了碳化物石墨化程度增強導電性，以果皮海綿體作為碳源能夠形成相互交織的多孔結構，增加復合物的比表面積，同時在框架中引入四氧化三