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随着能源短缺和环境污染的不断出现,研发新型能源成为解决问题的关键。微生物燃料电池(Microbial fuel cells, MFCs)是一种新型能源供给装置,利用厌氧环境下的微生物将有机物中的化学能转化为电能。海底微生物燃料电池(Marine benthic microbial fuel cells, BMFCs)是一种特殊类型的MFCs,其产电方式为：利用置于海泥中的阳极,导出微生物代谢有机物等物质产生的电子；电子经外电路传递至阴极,发生氧气的还原反应,形成闭合回路而产生电能。BMFCs的输出功率密度还相对较低,实际应用受到限制。阳极性能直接决定微生物的附着、有机物的氧化、电子转移。阳极改性可以提高其电化学性能,使电池的输出功率密度增加。阴极改性可以加快氧气的还原反应,也是提高BMFCs性能的一种途径。主要研究内容如下：(1)利用循环伏安电沉积方法,在海底微生物燃料电池阳极沉积钯颗粒,并研究了钯改性阳极的电化学性能。结果表明,改性阳极具有更高的交换电流密度,其构建的电池内阻较低,输出功率密度较高。2 mM/L的PdCl2溶液改性阳极交换电流密度达到295.1 mA/m2,是未改性的2.4倍；电池最大功率密度达到610.6 mW/m2,是未改性的5.3倍。在电子向阳极传递过程中,推测钯粒子接收细胞色素和胞外氢化酶传递的电子,加速电子跨膜转移,并提出了一种新的电子转移模式。(2)通过共沉淀法制备Fe3O4粉末,再与MWCNTs混合制成Fe3O4/MWCNTs复合材料,并用此复合材料和Fe3O4分别对碳毡阳极进行改性。研究结果表明,Fe3O4/MWCNTs改性阳极的交换电流密度较大,为775.4mA/m2;其组成的电池最大输出功率密度高达413 mW/m2,是未改性电池的3倍。最后简要分析了改性阳极性能提升的原因。推测Fe304作为电子转移中介体加速了电子向阳极的转移。Fe3O4/MWCNTs复合阳极使电子转移效率增加,提高了电池的电化学性能。(3)制备Hemin (氯化血红素)/MWCNTs复合材料,用此对碳纤维阴极进行表面改性,Hemin改性阴极和空白电极作对比。研究结果表明,改性后的阴极表面接触角增大,疏水性有所提高；Hemin/MWCNTs改性阴极的抗极化能力最好,其组成的电池输出功率密度为570.9 mW/m2,是未改性的1.9倍。推测Hemin使海水中的溶解氧向阴极表面富集,促进了氧气的还原反应。最后在分子层面上解释了阴极性能提高的内在机理。