作為一種以微生物為催化劑,將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的新型燃料電池技術(shù),微生物燃料電池（Microbial Fuel Cells,MFCs）在有機(jī)污水處理、環(huán)境生物修復(fù)和生物傳感器等方面展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景,近十年來逐漸引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。尤其MFCs作為生物傳感器,在測定生化需氧量、有毒物質(zhì)和微生物數(shù)量及代謝活性等生化分析領(lǐng)域已嶄露頭角。電極是MFCs的重要組成部分,其性能將直接影響MFCs的產(chǎn)電性能。為改善電化學(xué)活性微生物（Electrochemically Active Bacteria,EAB）在電極表面的粘附和加速其與電極表面的電子傳遞,科研工作者對MFCs中電極的材料與結(jié)構(gòu)開展了深入而廣泛的研究。利用紫外光刻法制備的金微陣列電極是由多個(gè)金微電極并聯(lián)組成,它可以保持單個(gè)微電極優(yōu)良的電化學(xué)特性（包括較高的穩(wěn)態(tài)電流密度、很短的響應(yīng)時(shí)間、高的傳質(zhì)速度等）,并能通過并聯(lián)的電極放大檢測信號(hào);同時(shí)也可以通過自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制流速和外加電場等手段對微生物進(jìn)行操控,是電化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域十分有效的研究工具。本論文首次嘗試將金微陣列電極應(yīng)用于MFCs的研究中,主要開展了以下幾個(gè)方面的工作... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：103 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２用于ＭＦＣｓ中的電極材料：（Ａ）碳紙；（Ｂ）石墨板；（Ｃ）碳布；（Ｄ）碳網(wǎng)；（Ｅ）石墨??？ＩＪＷｅｉ?ｅｔａ】．

特殊結(jié)構(gòu)的碳電極（如碳刷）容易堵塞，導(dǎo)致產(chǎn)電功能的下降。??Ｃａｒｂｏｎ／?ｇｒａｐｈｉｔｅ??ｂｒｕｓｈｅｓ?ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ??Ｃａｒｂｏｎ／?Ｃｕｔ?ｉｎｔｏ?ｆｉｎｅｒ?ｂｙ?ａ?ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?ｓｔｅｅｌ??ｇｒａｐｈｉｔｅ?ｆｉｂｅｒ?ｆｒａｇｍｅｎｔｓ?ｍｅｓｈ??：?＝＝＝＝＝＝?，?＿??——?＾Ｅ＝：ｒ，ｉ???????????????ｍｕ??ＨＨｎＨＩＨＨＨＨ?：：ｒ＝＝ｒｒ＾：?．＾＾Ｋ＞??＿＿＿???????圖１．３擴(kuò)大石墨電極表面積原理（ＳａｒａｔｈｉａｎｄＮａｈｍ，２０１３）??ｂ）增強(qiáng)表面正電荷：研宄發(fā)現(xiàn)，微生物表面一般帶負(fù)電荷（Ｃｈｕｎｇ?ｅｔａｌ．，２００４，??Ｎｅａｌ?ｅｔ?ａｌ．，２００５），電極表面所帶的電荷將影響ＥＡＢ在電極表面的富集。最典型??且有效的方法是氨氣修飾碳布電極。Ｃｈｅｎｇ?ａｎｄ?．Ｌｏｇａｎ（２００７）?（Ｃｈｅｎｇ?ａｎｄ?Ｌｏｇａｎ，??２００７）以氦氣為載氣通氨氣１?ｈ后，可使碳布的表面正電荷提升到原來的ｌ〇倍以??上，ＭＦＣｓ的啟動(dòng)時(shí)間也因此從原來的１５０?ｈ減為６０?ｈ，功率密度則由未經(jīng)過氨??氣處理的１３３０?ｍＷｍ－３升高到１９７０?ｍＷｍ－３。這表明碳布表面正電荷的提高改善??了?ＥＡＢ生物膜的形成。??ｃ）促進(jìn)電極與ＥＡＢ間電子傳遞：利用電子介體中性紅（Ｐａｒｋ?ｅｔ?ａｌ．，２０００）、蒽??醌（Ｆｅｎｇ?ｅｔ?ａｌ．，２０１０）和萘醌（Ｌｏｗｙ?ｅｔ?ａｌ．，?２００６）等對陽極表面進(jìn)行修飾，可以提高電??子傳遞速率，從而提高ＭＦＣｓ產(chǎn)電性能。此外重金屬離子（Ｋｉｍ?ｅｔ?ａｌ．，?２００５

的電極材料??事實(shí)上在短期內(nèi)，利用ＭＦＣｓ緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染的威脅并不現(xiàn)實(shí)。這??是因?yàn)殡m然經(jīng)歷了十幾年的發(fā)展，現(xiàn)有的ＭＦＣｓ仍無法擺脫性能低、成本高和規(guī)??�；嬖谄款i的缺點(diǎn)（Ｌｏｇａｎ，?２０１０）。取而代之，在微觀尺度下對ＥＡＢ產(chǎn)能的行??為進(jìn)行研宄卻有著更重要的現(xiàn)實(shí)意義（Ｃｈｏｉ，２０１５）：?—是微型ＭＦＣｓ的驅(qū)動(dòng)設(shè)備??耗能少；二是可對多個(gè)ＥＡＢ之間甚至單一?ＥＡＢ的產(chǎn)電行為有更深入而有效的研??宄。??同樣的，微觀尺度ＭＦＣｓ構(gòu)型也以雙室型（圖Ｉ．４ａ）和單室型（圖１．４ｂ和ｃ）兩??個(gè)類型為主。但基于目前的微細(xì)加工技術(shù)的實(shí)驗(yàn)要求和條件，雙室型ＭＦＣｓ和單??室型ＭＦＣｓ都存在它需要克服的制造難點(diǎn)。雙室型所必須的ＰＥＭ膜會(huì)提高裝置??的制造成本和復(fù)雜性；而單室型的空氣陰極與微細(xì)加工技術(shù)不兼容且要求昂貴的??催化劑和Ｎａｆｉｏｎ溶液。??Ｏ?Ｃａｔｔｉａｉｙａ?Ｋ?．?．?．?Ａ??ｙ?＾０＾?ｊａｒ?＊??ｔ?…‘痛ＰＭＭＡｐｉｉｔｅ??圖１．４微型ＭＦＣｓ常見構(gòu)型：（ａ）雙室型；（ｂ）和（ｃ）單室型；（ｄ）層流型。（Ｃｈｏｉ，?２０１５）??６??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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