基于碳化Fe-Zn雙金屬M(fèi)OF的MFC陽(yáng)極的制備與性質(zhì)研究.pdf

1、微生物燃料電池在處理污水的同時(shí)，還能夠?qū)⑸镔|(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能，是一種非常有前景的污水處理技術(shù)。盡管近幾年對(duì)微生物燃料電池的研究很多，但是其產(chǎn)電功率依然無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。微生物燃料電池的產(chǎn)電功率受多種因素影響，如產(chǎn)電細(xì)菌的種類、燃料中的化學(xué)基質(zhì)、質(zhì)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(nèi)阻，還能夠促進(jìn)電子從細(xì)菌到電極的轉(zhuǎn)移，同時(shí)還可以催化陰極的電化學(xué)反應(yīng)。因此優(yōu)化電

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

3、結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)制備多孔鐵碳復(fù)合材料，并將其用于微生物燃料電池的陽(yáng)極并對(duì)其產(chǎn)電性能進(jìn)行研究。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　通過(guò)改進(jìn)的水熱法合成出了微米級(jí)別且分散均一的Fe-Zn雙金屬M(fèi)OF，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(fù)合材料。通過(guò)XRD、SEM等表征手段發(fā)現(xiàn)，所得到的多孔鐵碳復(fù)合材料具有多孔結(jié)構(gòu)，且含有碳化鐵和氮化鐵等促進(jìn)材料導(dǎo)電性能的物質(zhì)。通過(guò)電化學(xué)阻抗和循環(huán)伏安測(cè)試等方法考察了所得到的多孔鐵碳復(fù)合材料的導(dǎo)

4、電特性和電化學(xué)活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將多孔鐵碳復(fù)合材料涂覆到碳布上能顯著提高碳布的導(dǎo)電特性，并增強(qiáng)其電化學(xué)活性。其中，800℃碳化鐵鋅雙金屬M(fèi)OF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(fù)合材料的碳布作為MFC的陽(yáng)極，可以顯著提高M(jìn)FC的輸出電壓和產(chǎn)電功率。其中，基于CPCs-800構(gòu)建的MFC產(chǎn)生了最大功率密度為2930mW/m2，是碳布作陽(yáng)極的2.8倍（1050mW/m