本文選題：海底微生物燃料電池　切入點：光催化　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：在工業(yè)化進程中,隨著排放的迅速增加,環(huán)境污染日益惡化。開發(fā)對環(huán)境影響小的新能源對延續(xù)經(jīng)濟增長和保持人類綠色生活至關(guān)重要。微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)作為一種融合污水處理和生物產(chǎn)電兩種效能的新技術(shù),為能源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)這個目標(biāo)提供了可能,展現(xiàn)了新能源開發(fā)與利用的廣闊前景。海底微生物燃料電池(Benthic Microbial Fuel Cell,BMFC)作為特殊的一種MFC,壽命能夠等同甚至超過傳感器的壽命,可望成為新型的、能夠長期穩(wěn)定發(fā)電的,且無需定期維護的電源系統(tǒng)。目前限制其實用化的主要因素是低的功率密度。本研究擬利用半導(dǎo)體光催化還原與微生物燃料電池的協(xié)同作用優(yōu)勢,首次構(gòu)建光催化海底微生物燃料電池(Photocatalytic Benthic Microbial Fuel Cell,photo-BMFC),利用半導(dǎo)體光電陰極提高陰極電子轉(zhuǎn)化效率,從而提高海底微生物燃料電池的整體輸出電壓和功率密度。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)根據(jù)半導(dǎo)體Cu_2O對可見光有良好響應(yīng)的特點,在銅基底上制作Cu_2O光催化劑,FE-SEM、XRD結(jié)果表明通過熱氧化法在銅基底上成功得到Cu_2O光催化劑,制備出銅基底Cu_2O電極,簡稱Cu_2O/Cu電極。為了抑制Cu_2O在Cu_2O/電解液界面發(fā)生自還原,在Cu_2O表面形成薄的保護性碳層,生成碳層覆蓋的銅基底Cu_2O電極,簡稱C/Cu_2O/Cu電極。利用LSV與I-T電化學(xué)方法測試電極的光電性能,測試結(jié)果表明,合成的C/Cu_2O/Cu光電性能高于空白Cu_2O/Cu,而且化學(xué)穩(wěn)定性提高。(2)Cu_2O作為BMFC陰極光催化劑的考察:構(gòu)建以C/Cu_2O/Cu為陰極的光催化BMFC,測試紫外光和無光條件下光催化BMFC的產(chǎn)能變化。通過測定光生電流及光生電壓曲線得出紫外光與黑暗交替下產(chǎn)生的光電流密度差為0.03m A/cm2,光生電壓差為0.05 V;極化曲線表明,紫外光下光催化BMFC(C/Cu_2O/Cu)內(nèi)阻為190Ω,功率密度最大值為0.01 m W/cm2;無光照下內(nèi)阻為436Ω,功率密度為0.0074 m W/cm2。研究結(jié)果說明紫外光下光催化海底微生物燃料電池輸出功率變大,內(nèi)阻減小,Cu_2O作為光催化劑對電池性能影響顯著。(3)根據(jù)已得的考察結(jié)果,確定陰極光催化劑為Cu_2O,將不穩(wěn)定的銅基底換成碳氈基底,首次將Cu_2O電沉積法與碳氈基底結(jié)合,制作碳氈基底Cu_2O光電陰極的制作與表征:FE-SEM、EDX、XRD結(jié)果說明通過電沉積法成功制備碳氈基底Cu_2O光電陰極,對制備出的Cu_2O/carbon felt光電陰極表面同樣進行碳層保護,制備碳層覆蓋的碳氈基底Cu_2O電極,簡稱C/Cu_2O/carbon felt電極。LSV與I-T結(jié)果顯示,Cu_2O/carbon felt電極和碳層覆蓋后的C/Cu_2O/carbon felt電極光電性能較好,可為構(gòu)建光催化BMFC提供適宜的光電陰極。(4)光催化BMFC的構(gòu)建及其產(chǎn)能研究:構(gòu)建以Cu_2O/carbon felt、C/Cu_2O/carbon felt為光電陰極的光催化BMFC和以碳氈為陰極的普通BMFC,簡稱common BMFC,比較它們的產(chǎn)電性能,研究光電陰極對BMFC產(chǎn)電性能的影響。研究結(jié)果表明:光催化BMFC相對普通BMFC(carbon felt)內(nèi)阻減小,輸出功率大,產(chǎn)電性能顯著。白光下光催化BMFC(C/Cu_2O/carbon felt)功率密度最大值為0.0249 mW/cm2,相比光催化BMFC(Cu_2O/carbon felt)的0.0127m W/cm2,增加96%,相比普通BMFC(carbon felt)的0.00152 m W/cm2,提高了15倍。光生電流和光生電壓結(jié)果表明光催化BMFC(Cu_2O/carbon felt)產(chǎn)生的光電流密度為0.10 m A/cm2,在黑暗和白光交替運行下,光電流密度差為0.02m A/cm2,光電壓差大約為0.025 V,普通BMFC(carbon felt)產(chǎn)生的電流密度為0.04 m A/cm2,電壓基本恒定,說明Cu_2O光催化劑利用光能耦合BMFC提高了其產(chǎn)電能力;結(jié)合極化曲線和EIS圖,光催化BMFC(Cu_2O/carbon felt)和光催化BMFC(C/Cu_2O/carbon felt)相比普通BMFC(carbon felt)產(chǎn)生的內(nèi)阻較小,電池性能得到優(yōu)化。
[Abstract]:In the process of industrialization , with the rapid increase of emission and the deterioration of environment pollution , it is vital to develop new energy sources with low environmental impact on the sustainable economic growth and to maintain human green life . The main research contents and results are as follows : ( 1 ) The copper substrate Cu _ 2O photocatalyst is prepared by thermal oxidation method . The results show that the photoelectrochemical properties of the electrode are improved by using the method of the electrochemical method of LSV and I - T . The results show that the synthesized C / Cu _ 2O / Cu photoelectrochemical properties are higher than that of the blank Cu _ 2O / Cu . The results show that the photocatalytic BMFC ( C / Cu _ 2O / Cu ) has an internal resistance of 190 惟 and a power density of 0 . 05 V . The results show that the photocatalytic BMFC ( C / Cu _ 2O / Cu ) has an internal resistance of 190 惟 and a power density of 0 . 05 V . The results show that photocatalytic BMFC ( Cu _ 2O / carbon felt ) has a high power density of 0.0249 mW / cm ~ 2 , and the current density of photocatalytic BMFC ( C / Cu _ 2O / carbon felt ) is 0 . 02m A / cm ~ 2 .

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM911.45

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 孫哲;林立;黃滿紅;陳東輝;;微生物燃料電池驅(qū)動的光電催化降解甲基橙[J];環(huán)境工程學(xué)報;2014年12期

2 孫哲;黃滿紅;陳亮;陳東輝;;光催化型微生物燃料電池研究進展[J];工業(yè)水處理;2014年03期

3 陳釗;丁z訝，

本文編號：1690839