本文關(guān)鍵詞：聚合物改性陽極在海底沉積物微生物燃料電池中的性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著人類生活水平的提高和經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展,能源短缺以及大量化石燃料的燃燒所帶來的環(huán)境污染與破壞現(xiàn)象越來越引起人們的重視。尋找高效、環(huán)保的新型能源已經(jīng)迫在眉睫。作為一種新型能源裝置——微生物燃料電池(MFCs),它利用產(chǎn)電微生物自身的新陳代謝作用催化降解有機物產(chǎn)生電子,將部分化學能轉(zhuǎn)化成電能。海底沉積物微生物燃料電池(BMFCs)是MFCs的一種類型,其產(chǎn)電方式是：產(chǎn)電微生物氧化、分解沉積物中的有機物質(zhì)及部分無機物質(zhì)釋放出電子和質(zhì)子：電子通過置于海底沉積物中的陽極和外電路傳遞到陰極,而質(zhì)子則透過海水、海泥界面層傳遞到陰極附近并與陽極產(chǎn)生的電子和海水中的氧結(jié)合生成水,從而釋放出電能。BMFCs為開發(fā)和利用廣闊的海底沉積層提供了一種全新的方式,同時其簡單的電池構(gòu)型和環(huán)境友好性,使此類電池得到相關(guān)領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。但是,BMFCs輸出能量較低的缺點限制了它在實際中的應(yīng)用。其中,陽極表面與微生物之間較低的電子傳遞效率是導(dǎo)致電池性能缺陷的關(guān)鍵原因,因此提高并改進陽極的性能成為當前研究的焦點。導(dǎo)電聚合物作為一種新型的陽極改性材料也引起了學術(shù)界的廣泛關(guān)注。本文著重探討了導(dǎo)電聚合物改性陽極對BMFCs性能的影響,為BMFCs的實際應(yīng)用提供了更多的理論依據(jù)。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下：(1)利用電化學聚合方法在玻碳電極表面合成聚苯胺膜層,討論了在不同聚合電位、摻雜酸種類、pH值和單體濃度下,.聚苯胺的電化學性能。結(jié)果表明：在0.5mol·L-1 H2SO4溶液中,掃描范圍-0.2 V-0.9 V,單體濃度0.05 mol·L-1的條件下,聚苯胺表現(xiàn)出較好的電化學活性。(2)利用電化學聚合法在碳氈電極表面沉積導(dǎo)電聚苯胺膜層,并以該改性電極作為BMFCs的陽極。研究結(jié)果表明：電化學聚合后,碳氈電極表面附著一層導(dǎo)電型聚苯胺,電池性能明顯提高；電池最大功率密度為160.1 mW·m。2(對應(yīng)電流密度為400.0 mA·m-2),是未改性碳氈電極的2倍多。最后,分析了導(dǎo)電聚苯胺獨特的摻雜-脫摻雜機制在改善BMFCs中電子傳遞作用方面的機理。(3)利用電化學聚合法在碳氈電極表面沉積導(dǎo)電聚苯胺-聚吡咯復(fù)合膜層,并以該改性電極作BMFCs的陽極。研究結(jié)果表明：電沉積后,電極表面附著大量的導(dǎo)電型聚苯胺-聚吡咯,電池性能明顯提高：電池最大功率密度為213.4mW·m-2(對應(yīng)電流密度為491.8 mA·m-2),是未改性碳氈電極的3倍左右。最后,分析了導(dǎo)電聚苯胺-聚吡咯復(fù)合膜層能夠改善BMFCs性能的作用機理。
【關(guān)鍵詞】：海底沉積物微生物燃料電池 聚苯胺 電化學聚合 陽極改性 電化學特性
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.45
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-32
• 1.1 引言12-13
• 1.2 微生物燃料電池13-16
• 1.2.1 微生物燃料電池13-14
• 1.2.2 海底沉積物微生物燃料電池14-16
• 1.3 聚苯胺16-25
• 1.3.1 聚苯胺的結(jié)構(gòu)17-19
• 1.3.2 聚苯胺的摻雜及導(dǎo)電機理19-21
• 1.3.3 聚苯胺的合成21-25
• 1.4 聚吡咯25-27
• 1.4.1 聚吡咯的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電機理25-26
• 1.4.2 聚吡咯的摻雜26
• 1.4.3 聚吡咯的合成26-27
• 1.5 導(dǎo)電聚合物在BMFCs中的應(yīng)用27-28
• 1.6 常用表征及分析方法28-30
• 1.6.1 紅外光譜分析28
• 1.6.2 三維視頻顯微鏡28-29
• 1.6.3 陽極極化曲線29
• 1.6.4 功率密度曲線29
• 1.6.5 電池放電曲線29
• 1.6.6 循環(huán)伏安曲線29-30
• 1.7 本課題研究依據(jù)及研究內(nèi)容30-32
• 2 PANI的電化學制備及其表征分析32-39
• 2.1 引言32
• 2.2 實驗材料及儀器32-33
• 2.3 PANI的電化學合成33-36
• 2.3.1 不同摻雜酸PANI的制備34
• 2.3.2 不同聚合電位PANI的制備34-35
• 2.3.3 不同摻雜酸濃度值下PANI的制備35-36
• 2.4 PANI的結(jié)構(gòu)表征36-37
• 2.5 分析與討論37-38
• 2.6 本章小結(jié)38-39
• 3 PANI/PPy共聚物的電化學合成及表征39-43
• 3.1 引言39
• 3.2 實驗材料及儀器39-40
• 3.3 PANI/PPy共聚物的電化學合成40-41
• 3.4 PANI/PPy的結(jié)構(gòu)表征41
• 3.5 分析與討論41-42
• 3.6 本章小結(jié)42-43
• 4 聚合物改性陽極在BMFC中的性能研究43-51
• 4.1 引言43
• 4.2 實驗材料及儀器43-44
• 4.3 實驗部分44-45
• 4.3.1 電極的制備44
• 4.3.2 BMFC的構(gòu)建44
• 4.3.3 BMFC的性能測試44-45
• 4.4 實驗結(jié)果討論分析45-50
• 4.4.1 電極形貌分析45-46
• 4.4.2 循環(huán)伏安曲線46
• 4.4.3 電極極化曲線46-47
• 4.4.4 電池放電曲線及功率密度曲線47-48
• 4.4.5 改性陽極在BMFC中的機理探討48-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 5 結(jié)論51-53
• 5.1 本論文主要結(jié)論51-52
• 5.2 實驗主要創(chuàng)新點52
• 5.3 下一步可開展的相關(guān)工作52-53
• 參考文獻53-58
• 致謝58-59
• 個人簡歷59
• 碩士期間發(fā)表的學術(shù)論文59

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