本文關(guān)鍵詞：基于PPy納米線的微型MFC陽(yáng)極特性研究

  更多相關(guān)文章： 微型微生物燃料電池 聚吡咯納米線 石墨烯 陽(yáng)極 電子傳輸

【摘要】：微生物燃料電池(MFC)是以微生物為催化劑,將有機(jī)物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的新型生物能源裝置。它原料來(lái)源廣泛、反應(yīng)條件溫和,且對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染的特點(diǎn)而具有非常廣闊的應(yīng)用前景。而陽(yáng)極是微生物附著、有機(jī)物氧化以及電子傳遞的基礎(chǔ),是決定MFC產(chǎn)電的關(guān)鍵因素之一。因此研究和探索陽(yáng)極材料的特性,分析相關(guān)的導(dǎo)電機(jī)制就具有了重要的學(xué)術(shù)意義和工程價(jià)值。本課題首先對(duì)聚吡咯納米線和聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料性能進(jìn)行了研究。通過(guò)不同的材料表征及分析方式,研究了聚吡咯納米線和聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料的表面形貌、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電化學(xué)特性。結(jié)果表明聚吡咯納米線直徑約為140nm,長(zhǎng)5μm,而聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料中,石墨烯成片狀附著在聚吡咯納米線表面。聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料比聚吡咯納米線具有更好的電化學(xué)性能,更有利于電子的傳輸。其中,聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料電子傳遞速率約為0.104s-1,電荷轉(zhuǎn)移電阻為4.23 Q cm-2,電極電阻為0.35 Ω cm-2,高于相應(yīng)的聚吡咯納米線電子傳遞速率,低于其電荷轉(zhuǎn)移電阻及電極電阻。本課題還對(duì)以聚吡咯納米線和聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料分別為陽(yáng)極的單室微型微生物燃料電池(mini-MFC)的性能進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)以聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料為陽(yáng)極的mini-MFC的性能要優(yōu)于以聚吡咯納米線為陽(yáng)極的nini-MFC的性能。其中以聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料為陽(yáng)極的mini-MFC的最高電壓達(dá)到710mV,最大功率密度達(dá)到22.3mW/m2,比以聚吡咯納米線為陽(yáng)極的mini-MFC的最大輸出功率密度提高了40%。最后,研究了以基于聚吡咯納米線為陽(yáng)極的mini-MFC的胞外電子傳輸機(jī)制。分別以聚吡咯納米線和聚吡咯納米線/石墨烯的復(fù)合材料為陽(yáng)極的mini-MFC中的胞外電子傳輸機(jī)制都可能有納米線傳遞機(jī)制和氧化還原介體傳遞機(jī)制：(ⅰ)與聚吡咯納米線直接接觸的微生物,通過(guò)微生物表面與納米線形成的“電子傳輸通道”,將電子從微生物表面?zhèn)鬟f到了mini-MFC的陽(yáng)極表面；(ⅱ)未與陽(yáng)極直接接觸的微生物產(chǎn)生電子后將通過(guò)自身分泌出的氧化還原介體,將電子被“運(yùn)輸”到陽(yáng)極表面。而以聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料為陽(yáng)極的mini-MFC中的除了上述的兩種機(jī)制,還存在另一種可能的胞外電子傳輸機(jī)制,即與石墨烯直接接觸的微生物,在細(xì)胞色素C的幫助下,將電子傳遞給石墨烯,再通過(guò)石墨烯與陽(yáng)極之間的納米線“通道”,將電子傳遞給陽(yáng)極。
【關(guān)鍵詞】：微型微生物燃料電池 聚吡咯納米線 石墨烯 陽(yáng)極 電子傳輸
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1;TM911.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-25
• 1.1 背景意義9-10
• 1.2 微生物燃料電池的概述10-18
• 1.2.1 微生物燃料電池的基本原理10-11
• 1.2.2 微生物燃料電池發(fā)展歷史以及特點(diǎn)11-12
• 1.2.3 微生物燃料電池的應(yīng)用前景12-13
• 1.2.4 微生物燃料電池的分類13-16
• 1.2.5 微生物燃料電池陽(yáng)極研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3 微型MFC的研究18-23
• 1.3.1 聚吡咯納米線概述18-21
• 1.3.2 石墨烯概述21-23
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容和研究意義23-25
• 第二章 基于PPy納米線材料的性能研究25-41
• 2.1 電化學(xué)與材料分析方法介紹25-28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分28-29
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)中所用到的主要試劑及純度28
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)中所用到的主要儀器28
• 2.2.3 聚吡咯納米線以及聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料的合成28-29
• 2.2.4 聚吡咯納米線材料等的表征以及電化學(xué)性能測(cè)試29
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析29-39
• 2.3.1 表面形貌分析29-30
• 2.3.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析30-32
• 2.3.3 電子傳輸速率分析32-37
• 2.3.4 電化學(xué)阻抗分析37-39
• 2.4 本章小結(jié)39-41
• 第三章 基于PPy納米線材料陽(yáng)極的mini-MFC性能研究41-51
• 3.1 MFC性能評(píng)估方法介紹41-43
• 3.1.1 MFC電壓的采集41-42
• 3.1.2 極化曲線與功率密度曲線的測(cè)量42
• 3.1.3 庫(kù)侖效率42-43
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分43-47
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)中所用到的主要試劑及純度43
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)中所用到的主要儀器43
• 3.2.3 微型微生物燃料電池(mini-MFC)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建43-47
• 3.2.4 mini-MFC的極化曲線、功率密度曲線以及生物膜的研究47
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析47-50
• 3.3.1 mini-MFC的極化曲線和功率密度曲線分析47-49
• 3.3.2 mini-MFC的庫(kù)侖效率49
• 3.3.3 mini-MFC的陽(yáng)極生物膜49-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第四章 以基于PPy納米線為陽(yáng)極的mini-MFC的胞外電子傳輸機(jī)制研究51-57
• 4.1 MFC的電子傳輸機(jī)制51-53
• 4.2 以聚吡咯納米線為陽(yáng)極的mini-MFC的胞外電子傳輸機(jī)制53-54
• 4.3 以聚吡咯納米線/石墨烯復(fù)合材料為陽(yáng)極的mini-MFC的胞外電子傳輸機(jī)制54-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第五章 全文總結(jié)與展望57-59
• 5.1 總結(jié)57-58
• 5.2 展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-65
• 致謝65-67
• 作者簡(jiǎn)介67

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：523571