【摘 要】
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微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells,MFCs）是一种利用产电的微生物催化分解阳极中的有机物将化学能转换成电能的一种绿色环保无污染的装置,为当前面临的环境危机和能源危机提供了一种解决的思路。然而目前微生物燃料电池的应用还受到很多方面的限制,比如产电效率低,成本高等诸多因素。其中阳极材料的性能是影响微生物燃料电池性能的关键因素。过渡金属氮化物具有贵金属的导电性以及优异的电催化活性
【基金项目】
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中国博士后科学基金特别资助项目（No.2017T100247）
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微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells,MFCs）是一种利用产电的微生物催化分解阳极中的有机物将化学能转换成电能的一种绿色环保无污染的装置,为当前面临的环境危机和能源危机提供了一种解决的思路。然而目前微生物燃料电池的应用还受到很多方面的限制,比如产电效率低,成本高等诸多因素。其中阳极材料的性能是影响微生物燃料电池性能的关键因素。过渡金属氮化物具有贵金属的导电性以及优异的电催化活性,和远低于贵金属的低廉价格,还具有较高的熔点、较好的生物兼容性等。是性能十分优异的阳极材料。本课题选用氮化钼纳米阵列和氮化钒纳米颗粒修饰的碳布电极作为阳极材料,有效改善了阳极的电化学性能,提升了电子传递效率和电催化能力。同时实现了氮化钼最高输出电压为0.60 V,高于碳布的0.50 V,化学需氧量去除率88%,高于碳布（CC）的78%,库伦效率为33%,高于碳布的23%。氮化钒在不同底物的阳极液中均实现了持续100 d以上的稳定电压输出,其最大输出电压为0.64 V、高于碳布的0.57 V。氮化钒的化学需氧量去除率达到95%,高于同等条件下CC的89%,氮化钒的库伦效率最高46%,是CC的库伦效率28%的1.64倍,于此同时我们分别配置从高浓度2500 mg/L到低浓度250 mg/L的苯胺溶液,氮化钒对苯胺最高降解率可达87%。综上所述,氮化钼和氮化钒可以有效改善微生物燃料电池阳极的电化学性能,提升微生物燃料电池的产电能力和降解有机物的能力,为微生物燃料电池的工业化提供了一种有效的可能。
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