近日，西南大學(xué)材料與能源學(xué)部李長明院士研究團(tuán)隊(duì)在納米多孔陽極材料增強(qiáng)微生物燃料電池直接電化學(xué)行為及其機(jī)制方面的研究取得了重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Tailoring Unique Mesopores of Hierarchically Porous Structures for Fast Direct Electrochemistry in Microbial Fuel Cells”為題發(fā)表在Wiely出版的國際權(quán)威期刊《Advanced Energy Materials》（IF = 16.146，2015）。
微生物燃料電池是一種具有同時實(shí)現(xiàn)污水處理和產(chǎn)電雙重功能的綠色、可持續(xù)能源技術(shù)，但是這項(xiàng)技術(shù)要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，其功率輸出密度有待進(jìn)一步提高。制備高性能的納米多孔陽極材料被認(rèn)為是提高微生物燃料電池性能的最佳策略之一。李院士研究團(tuán)隊(duì)通過高溫碳化一種細(xì)菌纖維素膜的生物材料獲得具有多層次孔結(jié)構(gòu)的三維碳納米纖維材料，并且通過改變碳化溫度巧妙地調(diào)節(jié)了該材料的納米孔結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明最優(yōu)的多孔結(jié)構(gòu)是同時存在豐富的大孔和介孔，其中大孔結(jié)構(gòu)有利于細(xì)菌（生物催化劑）的生長，介孔結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)電子介體的直接電化學(xué)，從而同時實(shí)現(xiàn)高效的生物催化和電催化�；谶@種多孔陽極碳材料，所構(gòu)建的微生物燃料電池輸出功率密度高達(dá)1747 mW m-2，比傳統(tǒng)碳布電極高14倍，并具有很好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性，表現(xiàn)出極大的實(shí)際應(yīng)用潛質(zhì)。最重要的是，通過系統(tǒng)地分析材料的孔徑分布和電子介體分子的尺寸與電活性位點(diǎn)，首次闡明了介孔結(jié)構(gòu)在顯著增強(qiáng)電子介體直接電化學(xué)行為的獨(dú)特機(jī)制，為后續(xù)開發(fā)高性能的微生物燃料電池陽極材料提供了新的思路。
李長明院士為該論文的通訊作者，指導(dǎo)的博士研究生鄒龍為論文的第一作者。該研究得到了國家“千人計(jì)劃”、國家973計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)和重慶市潔凈能源與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)項(xiàng)目的資助。
論文鏈接為
http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/aenm.201501535/abstract
