發(fā)布時(shí)間：2021-03-18 16:05

　　近年來,隨著能源危機(jī)日趨嚴(yán)重,尋找新能源已經(jīng)成為了目前研究的主要方向。微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell,MFC）作為一種可降解廢水中有機(jī)物的能源可持續(xù)發(fā)展技術(shù),引起了新型能源研究者的關(guān)注。海底微生物燃料電池（Benthic Microbial Fuel Cell,BMFC）與傳統(tǒng)微生物燃料電池相比,具有結(jié)構(gòu)簡單,免于維護(hù),燃料供給充足,電池內(nèi)阻低等優(yōu)點(diǎn),可為水下小型機(jī)器人、水下傳感器提供持續(xù)、穩(wěn)定的電源供給,為人類的深�？睖y提供助益。而BMFC功率密度過低限制了其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。本研究以Cu₂O半導(dǎo)體光催化劑為陰極,構(gòu)建光催化海底微生物燃料電池,利用半導(dǎo)體的光催化過程減小陰極表面氧和質(zhì)子反應(yīng)的限制,降低BMFC的內(nèi)阻,從而提高其產(chǎn)電能力。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:（1）Cu₂O的光生電子空穴易發(fā)生復(fù)合,g-C₃N₄與Cu₂O復(fù)合產(chǎn)生較大能級差及內(nèi)建電場,有效抑制光生電子-空穴復(fù)合,通過電沉積的方法在Cu₂O/CF電極表面負(fù)載g-C

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

MFC工作原理圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文5的沼氣流速、檢驗(yàn)發(fā)酵液環(huán)境中的pH值，從而達(dá)到在厭氧硝化作用的動態(tài)變化過程中進(jìn)行相關(guān)的監(jiān)控目的。其他應(yīng)用還有乳酸傳感器等[23]，由于MFC的產(chǎn)電能力與乳酸的濃度有一定關(guān)系，因此可作為底物傳感器使用。1.3海底微生物燃料電池1.3.1海底微生物燃料電池原理海底微生物燃料電池（Benthonicmicrobialfuelcell，簡稱BMFC）是微生物燃料電池中的一種，其中陽極放入反應(yīng)器底部的沉積污泥與水的混合物中，陰極漂浮于反應(yīng)器上部的溶液上，微生物通過氧化沉積物中的有機(jī)物產(chǎn)生電子[24]，通過導(dǎo)線將其傳遞到陰極，與陰極區(qū)中的溶解氧和從陽極區(qū)傳遞來的質(zhì)子結(jié)合生成水，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的去除[25]。圖1-2沉積型微生物燃料電池原理圖陰陽極是BMFC的動力中心，其產(chǎn)能輸出來自發(fā)生在陰陽極上的氧化還原反應(yīng)。沉積型海底微生物燃料電池獲得的理論電壓值為陰極與陽極反應(yīng)的電勢差，由能斯特方程(式1-1)表示：badc0cellbadclnnF-RTEE（1-1）其中，0E為電池標(biāo)準(zhǔn)電動勢（V）；R為理想氣體常數(shù)（8.314Jmol-1·K-1）；T為反應(yīng)溫度（K）；F為法拉第常數(shù)（96485C·mol-1）；n為化學(xué)反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移數(shù)；a和b為化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)，c和d為生成物的化學(xué)計(jì)量數(shù)。BMFC中能量的獲取和釋放主要是通過陽極沉積物中的產(chǎn)電微生物實(shí)現(xiàn)。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文8景。1.4半導(dǎo)體光催化材料1.4.1半導(dǎo)體光催化原理如圖1-3所示，與絕緣體不同，半導(dǎo)體的價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在禁帶[30]。當(dāng)入射光子的能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度時(shí)，半導(dǎo)體材料的價(jià)帶電子吸收一定能量被激發(fā)激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的窄穴，形成電子空穴對，光生空穴具有氧化性，激發(fā)到導(dǎo)帶上的光生電子具有還原性，形成氧化還原體系。光催化體系中如果缺少適當(dāng)?shù)姆@劑，光生電子和空穴會在幾毫秒中復(fù)合并產(chǎn)生熱量。然而，半導(dǎo)體中電子空穴在內(nèi)建電場的作用下分離，與其表面物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，有效避免光生電子-空穴的復(fù)合，提高半導(dǎo)體的光量子效率。圖1-3半導(dǎo)體光催化原理1.4.2半導(dǎo)體光催化的應(yīng)用（1）光催化降解有機(jī)物降解有機(jī)物是目前光催化的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。半導(dǎo)體光催化過程產(chǎn)生的光生電子空穴能作為氧化還原劑降解有機(jī)物，光生空穴能氧化吸附在催化劑表面的H2O產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的·OH自由基，或與有機(jī)物直接反應(yīng)產(chǎn)生其他中間自由基物質(zhì)。而在液相體系中發(fā)生的光催化反應(yīng)，溶液中的溶解氧常作為電子俘獲劑與光生電子反應(yīng)生成超氧自由基O2-，而具有強(qiáng)氧化性的超氧自由基O2-則能進(jìn)一步的降解有機(jī)物[31]。與其他降解有機(jī)物的方法相比，半導(dǎo)體光催化降解有機(jī)物除了操作簡單

【參考文獻(xiàn)】：
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