基于碳化Fe-Zn雙金屬MOF的MFC陽極的制備與性質研究.pdf

1、微生物燃料電池在處理污水的同時，還能夠將生物質能轉化為電能，是一種非常有前景的污水處理技術。盡管近幾年對微生物燃料電池的研究很多，但是其產電功率依然無法滿足實際應用的需要。微生物燃料電池的產電功率受多種因素影響，如產電細菌的種類、燃料中的化學基質、質子交換膜和電極材料。其中電極材料直接影響了微生物燃料電池的性能，好的電極材料不僅能夠大大降低微生物燃料電池的內阻，還能夠促進電子從細菌到電極的轉移，同時還可以催化陰極的電化學反應。因此優(yōu)化電

2、極材料對于提高微生物燃料電池的產電性能極為重要。
　　多孔碳材料是近幾年研究較熱的一種導電材料，其具有高比表面積、穩(wěn)定性良好等優(yōu)點，并且其多孔結構有利于細菌附著和電子傳遞，因此是一種理想的陽極材料。而金屬-有機骨架材料具有豐富的配體和規(guī)則的多孔結構，因此，其非常適合作為多孔碳材料合成的前驅體。本論文通過改進的水熱法合成出了微米級別且分散均一的非貴金屬Fe-Zn雙金屬MOF，并以其作為碳化前驅體，利用Zn沸點低可碳化除去易于形成多孔

3、結構的特點制備多孔鐵碳復合材料，并將其用于微生物燃料電池的陽極并對其產電性能進行研究。具體研究內容如下：
　　通過改進的水熱法合成出了微米級別且分散均一的Fe-Zn雙金屬MOF，并采用直接高溫碳化MOF的方法制備了不同煅燒溫度下的多孔鐵碳復合材料。通過XRD、SEM等表征手段發(fā)現，所得到的多孔鐵碳復合材料具有多孔結構，且含有碳化鐵和氮化鐵等促進材料導電性能的物質。通過電化學阻抗和循環(huán)伏安測試等方法考察了所得到的多孔鐵碳復合材料的導

4、電特性和電化學活性。實驗結果表明，將多孔鐵碳復合材料涂覆到碳布上能顯著提高碳布的導電特性，并增強其電化學活性。其中，800℃碳化鐵鋅雙金屬MOF得到的CPCs-800的效果最為顯著，且明顯優(yōu)于800℃碳化純鐵MOF所得到的FeCMP。將涂覆有多孔鐵碳復合材料的碳布作為MFC的陽極，可以顯著提高MFC的輸出電壓和產電功率。其中，基于CPCs-800構建的MFC產生了最大功率密度為2930mW/m2，是碳布作陽極的2.8倍（1050mW/m