劉中良，周 宇，侯俊先，楊斯琦，李艷霞

(北京工業(yè)大學環(huán)境與能源工程學院 教育部傳熱強化與過程節(jié)能重點實驗室，北京 100124)

國家大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(2013) 收稿日期：2013-08-22

作者簡介：劉中良(1958-)，男，河北黃驊人，教授，博士生導師，研究方向：先進高效環(huán)境能源理論與技術(shù)，E-mail:liuzl@bjut.edu.cn。

doi

：10.3969/j.issn.1672-5425.2013.12.002

微生物燃料電池陽極的研究進展

劉中良，周 宇，侯俊先，楊斯琦，李艷霞

(北京工業(yè)大學環(huán)境與能源工程學院 教育部傳熱強化與過程節(jié)能重點實驗室，北京 100124)

產(chǎn)電微生物與電池陽極之間的電子傳遞效率是影響微生物燃料電池(MFC)產(chǎn)電性能的重要因素之一。通過對陽極材料的改進和修飾可以有效地降低陽極反應的活化能壘，提高電子傳遞效率，進而提高MFC產(chǎn)電性能。詳細介紹了近年來MFC陽極材料的國內(nèi)外研究進展，并針對當前研究所面臨的問題，提出了今后MFC陽極的發(fā)展方向。

微生物燃料電池；陽極；修飾；產(chǎn)電性能

目前，化石能源儲量嚴重短缺，發(fā)展清潔能源一直為世人所關(guān)注。微生物燃料電池(MFC)具有燃料來源多樣化、無污染、能源利用效率高、操作條件溫和、安全、高效、連續(xù)等優(yōu)點[1]，是值得重視的一種清潔能源[2]。

我國城市和工業(yè)行業(yè)每年排放近600億t廢水，處理費用超過400億元。研究發(fā)現(xiàn)，生活廢水包含的化學能源是處理它們所需能量的9.3倍[3]，將MFC技術(shù)與污水處理相結(jié)合，不僅能夠凈化污水，同時還能回收污水中的低品位能源。未來MFC技術(shù)還有可能應用于海水淡化領域，同時實現(xiàn)海水淡化、產(chǎn)電和污水凈化，成為“一舉三得”的新技術(shù)[4]。

早在1911年，英國Potter用大腸桿菌和酵母進行試驗，并成功產(chǎn)生了電流，發(fā)現(xiàn)了微生物產(chǎn)電的現(xiàn)象，MFC的研究就此開始。MFC是利用微生物作為反應主體，將燃料(有機物)的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置[5-8]。其工作原理如圖1所示。

圖1 微生物燃料電池工作原理Fig.1 The working principle of a MFC

燃料(有機物)在陽極室內(nèi)細菌的催化作用下被氧化，產(chǎn)生的電子通過位于細胞外膜的電子載體傳遞到陽極，再經(jīng)過外電路到達陰極，質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜到達陰極，氧化劑(一般為氧氣)在陰極與質(zhì)子和電子反應生成水，從而在回路中產(chǎn)生電流，獲得電能[9]。

2012年，Logan等[10]在Science上發(fā)表了關(guān)于MFC方面的綜述性文章，對MFC的研究狀況進行了系統(tǒng)的總結(jié)與闡述，明確指出了MFC輸出功率密度低仍然是制約其實際應用的關(guān)鍵問題。按照Logan的觀點，MFC輸出功率密度低的原因主要有5個，即MFC的內(nèi)阻大、微生物保持活性的溫度和溶液條件范圍窄、底物降解速率慢及生物膜動力學性能差。在MFC中，總的能量損失從電壓平衡方程中可以看出：

V=Et-ηact-ηohmic-ηconc

式中：ηact、ηohmic和ηconc分別為反應動力學引起的電壓損失、歐姆極化引起的電壓損失以及質(zhì)量傳遞引起的電壓損失；Et為熱力學電勢；V為MFC的輸出電壓。電極的反應動力學直接影響電極的反應速率。陽極是微生物生長以及電子收集的部位，因此，優(yōu)化陽極對提高整個MFC的性能非常重要[11]。

1 傳統(tǒng)的陽極材料

碳布、碳氈、石墨棒、石墨板、柔性石墨等陽極材料價格低廉、耐腐蝕性好、微生物易于在其表面生長，可使MFC的性能得以提高，已經(jīng)被廣泛使用。以碳紙作陽極、以載鉑碳紙作陰極構(gòu)建的葡萄糖燃料空氣陰極雙室MFC的最大輸出電壓為430 mV，最大輸出功率密度為205 mW·m-2[12]。而以碳布作陽極、以生活污水為底物構(gòu)建的單室MFC的最大輸出功率密度為483 mW·m-2[13]。

比表面積是影響MFC性能的重要因素。Chaudhuri等[14]以石墨氈和石墨泡沫代替石墨棒作為電池的陽極，增大了電能輸出。石墨氈作電極產(chǎn)生的電流為0.57 mA、620 mV，是石墨棒作電極產(chǎn)生電流的3倍(0.20 mA、265 mV)；石墨泡沫作電極產(chǎn)生的電流密度為74 mA·m-2，是石墨棒產(chǎn)生的2.4倍(31 mA·m-2)。這說明增大電極比表面積可以增大吸附在電極表面的細菌密度，從而增大電能輸出。

目前，在MFC中，陽極多為碳材料，產(chǎn)電微生物產(chǎn)生的電子，必須跨越一定的能壘才能傳遞到電極上，形成電流。電子跨越一定能壘躍遷傳遞造成的電壓損失，即為活化過電勢。碳材料雖然具有較好的導電性，但碳元素表面能態(tài)較高，容易失去電子使表面表現(xiàn)出還原性，產(chǎn)電微生物產(chǎn)生的電子要躍遷到碳電極就必須消耗較高的能量，從而造成較大的陽極活化過電勢損失。因此，降低陽極表面的能態(tài)，有效降低電池中陽極反應的活化過電勢，是提高陽極性能的關(guān)鍵，也是影響MFC產(chǎn)電性能的決定性因素，對于MFC陽極的修飾十分重要。研究人員利用改性技術(shù)和納米修飾技術(shù)來降低陽極的活化過電勢，從而大幅降低陽極的活化損失[11]。

2 陽極材料的改性

Cheng等[15]利用氨氣處理陽極碳布，獲得的MFC最大輸出功率密度達到1970 mW·m-2。采用該法處理的碳布，能夠在其表面形成含氨的表面官能團，增加電極表面的正電荷，更有利于微生物在電極表面吸附生長。Liu等[16]研究了碳材料在酸中電化學氧化后對MFC產(chǎn)電性能的影響，結(jié)果表明處理后的碳材料能夠強化陽極產(chǎn)電微生物的吸附和生長。

近年來，研究者們更加注重對傳統(tǒng)碳材料進行改性處理。Feng等[17]研究發(fā)現(xiàn)酸-熱復合處理后的碳材料表面C/N比值增大、C-O含量降低，從而導致電池輸出功率密度的增大。李建海[18]采用不同的化學氧化方法，利用酸性KMnO4、濃HNO3和混酸(濃H2SO4和濃HNO3)對石墨電極進行改性處理，使得其真實表面積分別增加了49%、56%和67%，對應的最大輸出功率密度從改性前的24.6 mW·m-2分別增大到40.6 mW·m-2、44.4 mW·m-2和44.5 mW·m-2，可以看出，改性能夠顯著增大MFC的比表面積，從而增大其輸出功率密度，且利用混酸改性效果最佳。

3 陽極材料的修飾

高性能的陽極材料需要具備以下3個特征：(1)大的比表面積；(2)良好的生物相容性；(3)良好的導電性。傳統(tǒng)的碳材料對于陽極室內(nèi)的微生物而言，幾乎沒有電催化活性。所以利用不同的納米材料來修飾傳統(tǒng)陽極可以有效地降低陽極的活化內(nèi)阻，有利于更多的微生物吸附到電極上，改進其性能。電極的導電性好且活化損失小，能夠盡可能地降低陽極的活化內(nèi)阻，減小MFC的整體內(nèi)阻，從而增大MFC的電能輸出。

3.1 金屬修飾陽極

金屬具有良好的導電性，且價格低廉，利用金屬對陽極進行修飾，能夠提高陽極的產(chǎn)電效率并且有利于陽極應用于實際工程中。金屬對應的氧化物能夠作為催化劑，加快反應進程。因此，將金屬或其對應的氧化物分散于碳質(zhì)或?qū)щ娋酆衔锏容d體上，能夠提高MFC的產(chǎn)電效率。

研究較早的電極修飾材料是碳化鎢。Rosenbaum等[19]將碳化鎢-磺酸聚氟碳化物/石墨盤片作為MFC陽極，結(jié)果表明碳化鎢具有電催化活性，可高效地氧化氫、甲酸鹽、乳酸鹽等一般發(fā)酵產(chǎn)物，提高了MFC的產(chǎn)電效率。

內(nèi)阻大是導致MFC電能輸出較低的重要因素之一[20]。莫光權(quán)[21]以碳紙表面負載鉑修飾多壁碳納米管復合物作為陽極構(gòu)建MFC，可以極大地改善MFC的產(chǎn)電性能，最大輸出功率密度達到4302.22 mW·m-2。宋娟[22]采用共沉淀法合成鎳鋁比為3∶1的硝酸型鎳鋁層狀雙氫氧化物(Ni-Al-NO3型LDH)，并以其為載體將HRP固定化后修飾玻碳(GC)電極，制得HRP/LDH/GC電極，其電阻比玻碳陽極的電阻小974 Ω。黃素德等[23]以銅、鋁、鐵等金屬作陽極，發(fā)現(xiàn)這些金屬電極性能優(yōu)越且成本低，利于推廣。周寧波[24]分別以溶膠浸漬法和溶液浸漬法制備的納米二氧化鈰電極作為MFC陽極，并與空白碳布電極比較，發(fā)現(xiàn)溶膠浸漬法制備的陽極對提高產(chǎn)電效率具有促進作用，其最大輸出功率密度達到2.19 W·m-2，遠大于對照的1.81 W·m-2。Kim等[6]將鐵氧化物涂抹于陽極上，電池的輸出功率密度由8 mW·m-2增大到30 mW·m-2。

近年來，研究者又將注意力集中到了降低陽極表面電位。徐謙[25]采用電解沉積方法在電解時間為15 min、電解電流密度為178.9 A·m-2時制備的改性陽極具有較低的電位(-775 mV)，并持續(xù)穩(wěn)定70 d。該陽極具有良好的抗極化能力，其構(gòu)建的MFC 輸出功率密度顯著增大，最大達到997.3 mW·m-2，是普通石墨MFC的13.5倍。

3.2 碳納米材料修飾陽極

在MFC陽極修飾中，顆?；钚蕴?GAC)、碳納米管(CNT)、石墨烯、活性炭纖維等多種碳納米材料發(fā)揮著重要作用。碳納米材料具有較大比表面積，同時具有良好的導電性，能夠在為微生物提供較大生長空間的同時將微生物傳遞的電子通過外電路傳導到陰極。

Tsai等[26]利用碳納米管修飾碳布，電壓最大值為200 mV，高出普通碳布136 mV；最大輸出功率密度為65 mW·m-2，高出純碳布2.5倍。李鳳祥等[27]對比常規(guī)碳布陽極MFC(Carbon-MFCs)和用GAC改進陽極的MFC(GAC-MFCs)時發(fā)現(xiàn)，用GAC改進陽極可以有效提高MFC輸出功率密度。

在眾多碳納米材料修飾陽極的MFC的性能對比中，梁鵬等[28]分別以碳納米管、活性炭及柔性石墨作陽極材料，測定其表面特性、產(chǎn)電性能和輸出功率密度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以碳納米管作陽極時輸出功率密度最大(402 mW·m-2)，同時內(nèi)阻也最小。

用碳納米材料修飾陽極能夠改善MFC產(chǎn)電性能。Zhu等[29]分別以硝酸和乙二胺處理后的活性炭纖維作陽極，結(jié)果發(fā)現(xiàn)乙二胺處理后的活性炭纖維效果更好，最大輸出功率密度達到2066 mW·m-2。

近幾年，單純碳納米材料修飾電極的研究也取得了很大進展。Ghasemi等[30]研究發(fā)現(xiàn)碳納米管作陽極、鉑電極作陰極的輸出功率密度要遠大于二者單獨使用，原因是碳納米管能夠增大比表面積，提高鉑電極的催化活性，減少鉑的用量。與此同時，新型材料，如：不銹鋼網(wǎng)、石墨烯等材料也逐步被應用于MFC陽極。利用CNT修飾不銹鋼網(wǎng)(SSM)/生物陰極，最大輸出功率密度達到147 mW·m-2，比單純不銹鋼網(wǎng)/生物陰極提高49倍[31]。李旭文[32]利用不銹鋼網(wǎng)表面負載有序介孔碳(OMC)作為陽極構(gòu)建E.coli-MFCs，其最大輸出功率密度達到3248 mW·m-2，最大電流密度達到9022 mA·m-2，說明OMC陽極的使用能夠顯著改善MFC的產(chǎn)電性能。侯俊先等[33]利用肼化學還原法得到比表面積為535 m2·g-1的石墨烯，利用此石墨烯修飾碳布(GNS-Anode)作為MFC陽極，最大輸出功率密度達到652 mW·m-2。

3.3 導電聚合物和碳納米材料修飾陽極

導電聚合物在MFC的電極修飾中發(fā)揮了重要的作用，利用導電聚合物對陽極進行修飾能夠提高MFC的性能，因為導電聚合物具有良好的生物相容性，易于加工成各種復雜的形狀和尺寸、質(zhì)輕、穩(wěn)定性好，其電阻率在較大范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)。其中聚苯胺、聚吡咯(PPy)、聚中性紅膜修飾電極研究較多，也有研究人員用聚乙烯亞胺等物質(zhì)修飾。Zou等[34]以聚吡咯涂層的碳納米管復合材料作陽極，最大輸出功率密度達到228 mW·m-2。由于碳納米管對微生物有毒性，單獨使用時會引起微生物中毒，因此使用碳納米管復合材料有利于提高MFC的產(chǎn)電效率。Sun等[35]以多壁碳納米管和聚乙烯亞胺復合物修飾的碳紙作陽極，最大輸出功率密度達290 mW·m-2，高于普通碳紙(241 mW·m-2)。同樣，Qiao等[36]以導電聚苯胺和碳納米管的復合材料作陽極，也能夠保護微生物不接觸碳納米管而中毒，其比表面積達到50.2 m2·g-1，為微生物提供了較大的生長空間，MFC最大輸出功率密度達到42 mW·m-2。

近年來，研究人員嘗試使用新型聚合物(如聚3,4-乙烯二氧噻吩等)對MFC陽極進行修飾。劉興倩等[37]采用循環(huán)伏安法制備了聚3,4-乙烯二氧噻吩/多壁碳納米管(PEDOT/MWCNTs)導電復合物修飾石墨棒陽極，改善了微生物的附著情況，提高了MFC的產(chǎn)電效率，其最大輸出功率密度達到217 mW·m-2。趙仲凱等[38]制備了樟腦磺酸摻雜聚苯胺[PANI-(D-CSA)]新型復合陽極，并用于海底微生物燃料電池(BMFC)中測定其電化學性能。結(jié)果表明，PANI-(D-CSA)質(zhì)量分數(shù)為50%時，復合陽極的內(nèi)阻最小，陽極極化曲線斜率最小，電池的輸出功率密度顯著增大，最大達到233.9 mW·m-2，是BMFC-石墨陽極的3.7倍。同時，研究人員也在進一步探究修飾陽極的傳統(tǒng)聚合物，蔡慧[39]以聚苯胺修飾石墨氈(SMZ-PANI)作為陽極材料，在MFC中運行得到的最大輸出功率密度為64 mW·m-2，其內(nèi)阻僅191 Ω。

Hou等[40]利用石墨烯和聚苯胺的復合物對碳布進行修飾作為MFC陽極，在MFC中運行獲得最大輸出功率密度1390 mW·m-2。利用聚苯胺和碳納米復合材料修飾MFC陽極也是今后MFC陽極性能優(yōu)化的重要研究方向之一。

3.4 其它物質(zhì)修飾陽極

Zhao等[41]利用碳納米管-羥基磷灰石(CNT-HA)復合物作為陽極材料，其最大輸出功率密度為15.8 μW·cm-2。李冬梅[42]利用三聚氰胺活化陽極，在MFC中運行的輸出功率密度最大達到0.442 W·m-2，較未活化陽極MFC(0.349 W·m-2)提高了26.8%。李魁忠等[43]利用MnSO4氧化還原介體修飾石墨陽極，當陽極MnSO4的含量為4%時，陽極性能最好，電池內(nèi)阻最小，最大輸出功率密度為51.64 mW·m-2，是普通石墨電極的3倍。蘇佳等[44]利用鄰苯二酚紫(PCV)修飾電池陽極，MFC的最大輸出功率密度由28.5 mW·m-2增大到55.1 mW·m-2。金濤[45]將硝酸修飾陽極MFC(CM-NA)和優(yōu)化后水合肼修飾陽極MFC(CM-HA)與未修飾MFC(CM-CA)相比，最大輸出功率密度分別提升了24%和19%。

3.5 三維陽極材料

綜上所述，二維陽極產(chǎn)電效果較好，對其進行修飾后的產(chǎn)電效果也有所提高，但三維陽極更能夠適應實際情況，為微生物提供更大更好的生長環(huán)境，同時可用于實際污水處理中。MFC中微生物大小在1～2 μm左右，因此需要控制三維陽極的孔徑大小，使得微生物能順利在陽極孔隙中生長。這就要求三維陽極材料具有較高的孔隙率和較大的有效孔體積。

MFC應用于污水處理過程中，需要將電極擴展到三維空間，因此對三維電極的研究成為近年來的熱點。三維電極能夠進一步擴大比表面積，使得電極與生物膜形成三維接觸面，提供更多電子傳遞途徑，強化電子傳遞的效率。2012年，Yong等[46]利用化學氣相沉積法(CVD)獲得三維泡沫石墨烯(圖2)，然后通過化學聚合法將聚苯胺沉積到泡沫石墨烯的表面，得到的最大輸出功率密度為768 mW·m-2，是碳布陽極的4倍。Xie等[47]利用三維狀的碳納米纖維構(gòu)建MFC陽極，輸出功率密度達到了1120 mW·m-2，比普通碳紙高出2倍，并且有良好的穩(wěn)定性，工作107 d功率沒有明顯的衰減。Chen等[48]等采用電紡絲-溶液吹脫法制備三維納米碳纖維陽極，在恒電位系統(tǒng)(+200 mV，Ag/AgCl作參比電極)中獲得了30 A·m-2的最大電流密度，這是迄今為止報道的除高溫MFC外的最大電流密度。采用三維陽極的MFC能夠有效地與實際污水處理相結(jié)合，是今后MFC發(fā)展的重要方向。

圖2 利用化學氣相沉積法獲得的三維泡沫石墨烯Fig.2 The three-dimensional foam graphene obtained by chemical vapor deposition method

4 展望

MFC是生物產(chǎn)電技術(shù)中的研究熱點，是一種能將解決污水處理問題和產(chǎn)生清潔能源有機結(jié)合起來的新技術(shù)。將MFC技術(shù)應用于廢水處理并回收能量，不僅可以節(jié)能降耗、降低成本，還可以創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟收益。在對影響其產(chǎn)電效率的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)——陽極的修飾方面，尋找生物相容性好、比表面積大、導電性好且成本低的修飾材料，并將其有效地固定到電極上，是促進電子從微生物細胞向電極傳遞的關(guān)鍵，必將進一步推動MFC的發(fā)展，促進MFC的應用。

未來MFC的陽極研究應當著重優(yōu)化三維陽極結(jié)構(gòu)，在增大比表面積的同時，關(guān)注其實際用于附著微生物的面積；在增大孔隙率的同時，關(guān)注其有效孔體積；在控制孔徑大小的同時，考慮其在實際應用時污水中細小顆粒物對其孔徑的影響。通過這幾方面的改進，能夠使得MFC進一步高效地與污水處理相結(jié)合，促進MFC向著產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。

隨著微生物學、電化學和材料科學的飛速發(fā)展，MFC必將成為未來有效利用有機廢物發(fā)電的新技術(shù)。

[1] 張培遠，劉中良，熊亞選，等.產(chǎn)電對微生物燃料電池參數(shù)的影響[J].工程熱物理學報，2011，32(4):671-674.

[2] 劉道廣，陳銀廣.同步污水處理/發(fā)電技術(shù)——微生物燃料電池的研究進展[J].水處理技術(shù)，2007，33(4):1-5.

[3] Logan Bruce E.Microbial Fuel Cells[M].Hoboken Inc:John Wiley & Sons,2008:43-56.

[4] 陳歡歡.微生物燃料電池有望走出實驗室[N].科學時報，2011-08-29.

[5] McAlister D F.Effect of fungi on the oxidation-reduction potentials of liquid culture media[J].American Journal of Botany,1988,25(4):286-295.

[6] 謝晴，楊嘉偉，王彬，等.用于污水處理的微生物燃料電池研究最新進展[J].水處理技術(shù)，2010，36(3):10-16.

[7] Rabaey K,Verstraete W.Microbial fuel cells:Novel biotechnology for energy generation[J].Trends Biotechnology,2005,23(6):291-298.

[8] 張吉強，鄭平，季軍遠，等.微生物燃料電池及其在環(huán)境領域的應用[J].水處理技術(shù)，2013，39(1):12-18.

[9] 張培遠.微生物燃料電池能量特性研究[D].北京：北京工業(yè)大學，2011.

[10] Logan B E,Rabaey K.Conversion of wastes into bioelectricity and chemicals using microbial electrochemical technologies[J].Science,2012,337(6095):686-690.

[11] 侯俊先.微生物燃料電池陽極性能的研究與優(yōu)化[D].北京：北京工業(yè)大學，2013.

[12] 武晨，張嘉琪，王曉麗，等.以苯胺和葡萄糖為燃料的微生物燃料電池的產(chǎn)電特性研究[J].環(huán)境科學學報，2011，31(6):1227-1232.

[13] Wang X,Feng Y J,Lee H.Electricity production from beer bre-wery wastewater using single chamber microbial fuel cell[J].Water Science and Technology,2008,57(7):1117-1121.

[14] Chaudhuri S K,Lovley D R.Electricity generation by direct oxidation of glucose in mediatorless microbial fuel cells[J].Nat Biotechnol,2003,21(10):1229-1232.

[15] Cheng S A,Logan B E.Ammonia treatment of carbon cloth anodes to enhance power generation of microbial fuel cells[J].Electrochemistry Communications,2007,9(3):492-496.

[16] Liu J L,Lowy D A,Baumann R G,et al.Influence of anode pretreatment on its microbial colonization[J].J Appl Microbiol,2007,102(1):177-183.

[17] Feng Y J,Yang Q,Wang X,et al.Treatment of carbon fiber br-ush anodes for improving power generation in air-cathode microbial fuel cells[J].Journal of Power Sources,2010,195(7):1841-1844.

[18] 李建海.海底沉積物微生物燃料電池陽極表面改性及電極構(gòu)型研究[D].青島：中國海洋大學，2010.

[19] Rosenbaum M,Zhao F,Quaas M,et al.Evaluation of catalytic properties of tungsten carbide for the anode of microbial fuel cells[J].Applied Catalysis B:Environmental,2007,74(3-4):261-269.

[20] Zhang P Y,Liu Z L.Experimental study of the microbial fuel cell internal resistance[J].Journal of Power Sources,2010,195(24):8013-8018.

[21] 莫光權(quán).功能化碳納米管材料在微生物燃料電池中的應用研究[D].廣州：華南理工大學，2010.

[22] 宋娟.固定化辣根過氧化物酶修飾電極的制備及其在酶生物燃料電池中的應用[D].濟南：山東輕工業(yè)學院，2010.

[23] 黃素德，劉宜勝，李偉，等.啤酒酵母菌微生物燃料電池及陽極研究[J].機電工程，2008，25(8):35-39.

[24] 周寧波.納米二氧化鈰制備、表征及修飾微生物燃料電池陽極的研究[D].上海：華東理工大學，2011.

[25] 徐謙.低電位改性陽極制備及海泥電池在金屬防腐中的探索研究[D].濟南：中國海洋大學，2012.

[26] Tsai H Y,Wu C C,Lee C Y,et al.Microbial fuel cell performance of multiwall carbon nanotubes on carbon cloth as electrodes[J].Journal of Power Sources,2009,194(1):199-205.

[27] 李鳳祥，周啟星.顆粒活性炭改進陽極提升微生物燃料電池性能的研究[J].應用基礎與工程科學學報，2010，18(6):877-885.

[28] 梁鵬，范明志，曹效鑫,等.微生物燃料電池表觀內(nèi)阻的構(gòu)成和測量[J].環(huán)境科學，2007，28(8):1894-1898.

[29] Zhu N,Chen X,Zhang T,et al.Improved performance of membrane free single-chamber air-cathode microbial fuel cells with nitric acid and ethylenediamine surface modified activated carbon fiber felt anodes[J].Bioresource Technology,2010,102(1):422-426.

[30] Ghasemi M,Ismail M,Kamarudin S K,et al.Carbon nanotube as an alternative cathode support and catalyst for microbial fuel cells[J].Applied Energy,2013,102:1050-1056.

[31] Zhang Y P,Sun J,Hu Y Y,et al.Carbon nanotube-coated stainless steel mesh for enhanced oxygen reduction in biocathode microbial fuel cells[J].Journal of Power Sources,2013,239:169-174.

[32] 李旭文.碳納米管和有序介孔碳在微生物燃料電池電極材料中的應用研究[D].廣州：華南理工大學，2012.

[33] 侯俊先，劉中良.石墨烯修飾微生物燃料電池陽極的研究[A].2012年工程熱物理學會傳熱傳質(zhì)學術(shù)會議[C].中國工程熱物理學會，2012.

[34] Zou Y J,Xiang C L,Yang L N,et al.A mediatorless microbial fuel cell using polypyrrole coated carbon nanotubes composite as anode material[J].International Journal of Hydrogen Energy,2008,33(18):4856-4862.

[35] Sun J J,Zhao H Z,Yang Q Z,et al.A novel layer-by-layer self-assembled carbon nanotube-based anode:Preparation,characterization,and application in microbial fuel cell[J].Electrochimica Acta,2010,55(9):3041-3047.

[36] Qiao Y,Li C M,Bao S J,et al.Carbon nanotube/polyaniline composite as anode material for microbial fuel cells[J].Journal of Power Sources,2007,170(1):79-84.

[37] 劉興倩，王許云，郭慶杰.PEDOT/MWCNTs復合陽極的制備及在MFC中的應用[J].化工學報，2013，64(5):1773-1779.

[38] 趙仲凱，付玉彬，宰學榮，等.樟腦磺酸摻雜聚苯胺復合陽極在海底微生物燃料電池中的應用[J].材料開發(fā)與應用，2011，26(4):33-37，45.

[39] 蔡慧.雙室微生物燃料電池碳基陽極材料的制備及其產(chǎn)電特性的研究[D].南京：南京理工大學，2013.

[40] Hou J X,Liu Z L,Zhang P Y.A new method for fabrication of graphene/polyaniline nanocomplex modified microbial fuel cell anodes[J].Journal of Power Sources,2013,224:139-144.

[41] Zhao H Y,Zhou H M,Zhang J X,et al.Carbon nanotube-hydro-

xyapatite nanocomposite:A novel platform for glucose/O2biofuel cell[J].Biosensors and Bioelectronics,2009,25(2):463-468.

[42] 李冬梅.化學活化石墨用于微生物燃料電池電極材料的研究[D].上海：華東理工大學，2012.

[43] 李魁忠，付玉彬，徐謙，等.海底微生物燃料電池陽極錳鹽改性及產(chǎn)電性能研究[J].材料開發(fā)與應用，2011，26(3):46-49.

[44] 蘇佳，付玉彬，宰學榮.海底微生物燃料電池陽極鄰苯二酚紫修飾及電化學性能[J].材料開發(fā)與應用，2011，26(4):28-32.

[45] 金濤.微生物燃料電池陰陽極修飾耦合作用及其處理畜禽廢水產(chǎn)電特性研究[D].天津：南開大學，2012.

[46] Yong Y C,Dong X C,Park B C,et al.Macroporous and monolithic anode based on polyaniline hybridized three-dimensional graphene for high-performance microbial fuel cells[J].ACS Nano,2012,6(3):2394-2400.

[47] Xie X,Hu L B,Pasta M,et al.Three-dimensional carbon nanotube-textile anode for high-performance microbial fuel cells[J].Nano Lett,2011,11(1):291-296.

[48] Chen S,Hou H,Harnisch F,et al.Electrospun and solution blo-

wn three-dimensional carbon fiber nonwovens for application as electrodes in microbial fuel cells[J].Energy Environ Sci,2011,(4):1417-1421.

ResearchProgressofAnodeofMicrobialFuelCell

LIU Zhong-liang，ZHOU Yu，HOU Jun-xian，YANG Si-qi，LI Yan-xia

(TheEducationMinistryKeyLaboratoryofEnhancedHeatTransferandEnergyConservation,CollegeofEnvironmentalandEnergyEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)

Electron transfer efficiency between anode and electrogenesis microorganism is one of the important factors which can impact microbial fuel cell(MFC) electricity production performance directly.Through improving and modifying anode ,the MFC electricity production performance could be optimized by reducing the energy barrier of anodic reaction effectively and increasing electron transfer efficiency.The research progress of anode of MFC was reviewed in this paper.Based on the problems faced,the trend of development was also proposed.

microbial fuel cell；anode；modification；electricity production performance

TK 6

A

1672-5425(2013)12-0005-05