赤铁矿修饰微生物燃料电池阳极材料制备及性能研究

《赤铁矿修饰微生物燃料电池阳极材料制备及性能研究》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、分类号密级注1UDC学位论文赤铁矿修饰微生物燃料电池阳极材料制备及性能研究谈超指导教师何伟东教授电子科技大学成都申请学位级别硕士学科专业电气工程提交论文日期2018年04月论文答辩日期2018年05月学位授予单位和日期电子科技大学2018年06月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。PreparationandPropertiesofHematiteModifiedMicrobialFuelCellAnodeMeterialsAMasterDissertationSubmittedtoUn

2、iversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectricalEngineeringAuthor:TanChaoSupervisor:Prof.HeWeidongSchool:SchoolofPhysics摘要摘要与传统燃料电池相比，微生物燃料电池（MFC）具有原材料易于获得、来源广泛、反应条件相对温和，清洁环保、生物相容性良好等优点。此外，微生物的生长环境易于控制，使得电池系统具有稳定性好、维护便利性高的特点。然而，低输出功率和高使用成本等缺陷严重

3、制约了MFC的发展。阳极作为MFC的重要组成部分，可作为微生物附着的载体，直接影响产电菌的附着和电子的细胞外转移，是制约MFC产电能力的重要因素。本文针对MFC出现的功率输出低、成本高昂等不足，提出一种全新的阳极修饰法-合成赤铁矿阵列修饰的MFC阳极材料，并将其组成赤铁矿半导体-微生物-光能的复合体系，并对其性能进行测试。具体研究内容如下：本文研究了水热法合成前驱体纳米针铁矿阵列，探究了水热反应时间以及反应釜空间占比对前驱体尺寸形貌的影响，特此设置不同的时间梯度以及不同反应釜空间占比的实验对照组，并通过SEM等表

4、征手段对其进行简要分析。结果表明水热反应的最佳时间为4小时，时间的过短、过长均不利于形成均匀的前驱体针铁矿阵列。当溶液体积与反应釜总体积比为30:100时，针铁矿前驱体的形貌尺寸得到了很好的控制，整体呈现阵列结构，平均直径在30nm-140nm，长度平均在300nm-1μm之间。采用高温煅烧法成功的将针铁矿前驱体转相成赤铁矿阵列，并对其做了一系列的表征以及性能方面的测试。电化学LSV测试表明经过赤铁矿修饰的光电极在光照条件下能够显著增加光电流输出。I-t测试表明修饰电极具有良好的稳定性。CV测试表明在厌氧条件下，

5、细胞和赤铁矿阳极之间有活性电子转移，c型细胞色素对细胞外电子传递至关重要，并且可以与外部电极进行电化学相互作用。荧光共聚焦等表征说明产电菌和赤铁矿之间有良好的相容性，赤铁矿修饰的阳极电极也更有利于产电菌的附着，从而更有利于产电菌与阳极电极之间的电子传递。另外，还同时对该MFC的机制、前景应用等方面进行阐述，分析了赤铁矿阵列修饰阳极电极的可行性。关键词：微生物燃料电池，阳极，水热法，赤铁矿，ShewanellaoneidensisMR-1IABSTRACTABSTRACTComparedwithtraditiona

6、lfuelcells,microbialfuelcells(MFCs)havetheadvantagesofeasyavailabilityofrawmaterials,widesources,relativelymildreactionconditions,cleanenvironmentalprotection,andgoodbiocompatibility.Inaddition,thegrowthenvironmentofthemicroorganismsiseasytocontrol,sothattheb

7、atterysystemhasthecharacteristicsofgoodstabilityandhighmaintenanceconvenience.However,defectssuchaslowoutputpowerandhighusecostseverelyconstrainthedevelopmentofMFC.AsanimportantpartofMFC,anodecanbeusedasacarrierformicroorganismstodirectlyaffecttheadhesionofel

8、ectron-producingbacteriaandtheextracellulartransferofelectrons.ItisanimportantfactorthatrestrictstheabilityofMFCtoproduceelectricity.InviewofthelowpoweroutputandhighcostofMFC,thispaperpro