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序号文献题目要点1微生物胞外呼吸电子传递机制研究进展1.其电子受体多以固态形式存在于胞外;氧化产生的电子通过电子传递链从胞内转移到细胞周质和外膜，并通过外膜上的细胞色素c、纳米导线或自身产生的电子穿梭体等方式，将电子传递至胞外的末端受体。2.胞外呼吸菌多为革兰氏阴性菌(G－)。3.产电呼吸是指在MFC阳极室中，微生物彻底分解有机物产生CO2，并耦联能量产生维持自身生长;释放的电子传递到阳极，并经外电路的传递最终还原阴极电子受体(O2等)。4.MFC利用胞外产电呼吸原理，以胞外呼吸菌为阳极催化剂，直接将有机物中的化学能转化为清洁电能，同时达到去除污染物的功效。5.将MFC改造为功能性装置，利用阳极微生物的产电呼吸促进阴极污染物的降解、重金属的去除和生产有价值的工业产品。2微生物燃料电池的产电机制1.MFC的基本产电原理由5个步骤组成：(1)底物生物氧化底物于阳极室在微生物作用下被氧化，产生电子、质子及代谢产物；(2)阳极还原产生的电子从微生物细胞传递至阳极表面，使电极还原；(3)外电路电子传输电子经由外电路到达阴极；(4)质子迁移产生的质子从阳极室迁移至阴极室，到达阴极表面；(5)阴极反应在阴极室中的氧化态物质即电子受体(如氧气等)与阳极传递来的质子和电子于阴极表面发生还原反应，氧化态物质被还原。电子不断产生、传递、流动形成电流，完成产电过程。目前来说，前两个步骤是整个反应的限速步骤，即电子的产生与传递效率是影响MFC输出功率的最重要的因素。2.已发现且研究证实的阳极电子传递方式主要有4种：直接接触传递、纳米导线辅助远距离传递、电子穿梭传递和初级代谢产物原位氧化传递。3.Morris等用以Pb02为催化剂的钛片作阴极，电能可比以Pt为催化剂时增加1.7倍，而成本仅为用铂的一半，与市售载铂电极相比，电能更高出3.9倍。3微生物燃料电池的基础研究（3.21）1.构建了一个无中间体、无膜的微生物燃料电池，电池以生活污水为初始接种体，以醋酸钠水溶液为原料，考察了溶液浓度和电子受体等对电池性能的影响，分析了电池中微生物的反应动力学特征。微生物燃料电池中电流的产生主要是依靠电极表面吸附微生物直接将代谢产生的电子传递给电极表面所致；溶液COD的降辫符合一级反应动力学特征；当溶液中存在O2和3NO时溶液输出电压或电量均会降低，前者主要是发生好氧呼吸，后者主要是发生了反硝化作用。2.在微生物驯化过程中，醋酸钠浓度较高，电池性能主要决定于阳极表面吸附的微生物数量，而经过长期驯化，电极表面吸附微生物达到饱和后，微生物活性取决于醋酸钠浓度的大小；溶液中存在时O2，会使电池输出电压明显降低，但随着电池中O2含量降低，电池性能可以逐步恢复；溶液中存在3NO时，会发生反硝化作用，并相应降低电池的电量输出。溶液COD的降解符合一级反应动力学方程。通过16SrRNA的基因分析，电池中的优势微生物为假单胞菌属的一种。4微生物燃料电池的热力学研究(3.23)1.以葡萄糖为底物的微生物燃料电池的可逆电压是温度的函数，并且与温度成正向变化关系：温度升高，可逆电压升高；温度降低，可逆电压降低.但可逆电压随温度变化的幅度很小.由于微生物燃料电池工作的温度一般在20～50℃之间，因此可以不考虑温度对可逆电压的影响。以葡萄糖为底物的微生物燃料电池的最佳工作温度是35℃。1.1任意温度下的微生物燃料电池的可逆电压为)(SEE0rxn0TTTnF1.2生物燃料电池的可逆电压用压强表示的函数为nFpRTndpdEgT以葡萄糖为底物的微生物燃料电池的可逆电压的大小与压强无关。1.3以葡萄糖为底物的微生物燃料电池的反应的能斯特方程为vitsreacviproductsaanFRTEEtan0ln活度与浓度有关，又从能斯特方程可以看出，提高反应物浓度、降低生成物浓度有利于可逆电压的提高.由于水的生成在阴极室，所以可以用酒精代替水溶液来降低水的浓度，以提高微生物燃料电池的可逆电压.2.当前微生物燃料电池的实际效率很低（10％左右），主要原因是：①悬浮微生物对葡萄糖的代谢消耗；②氧气向阳极室的扩散；③阳极溶液中葡萄糖的残留.提高微生物燃料电池的实际效率应该采取的措施：①增加阳极室产电微生物的数量，抑制其他微生物的生长；②增强阳极室的密封性能，减少氧气的扩散量；③设计合理的微生物燃料电池的构型，使葡萄糖能够与产电微生物充分接触.3.从热力学方面考虑，提高反应物浓度，降低生成物浓度，有利于微生物燃料电池可逆电压的提高；从能斯特方程来看，葡萄糖的浓度越高，微生物燃料电池的可逆电压越大，但阳极液中葡萄糖的浓度还与产电微生物的消耗能力相关，这是酶动力学的范畴。5Modellingmicrobialfuelcellswithsuspendedcellsandaddedelectrontransfermediator.(微生物细胞悬浮并添加电子传递介质的微生物燃料电池模型）6微生物燃料电池中产电微生物电子传递研究进展1.纳米导线的形成可以使产电微生物在阳极上形成较厚的活性生物膜,这可能是由于在40mm-50mm厚的生物膜内,形成了交织的纳米电网,使电子在细胞之间进行传递,保持了较厚生物膜内微生物的电化学活性,提高了产电量。2.利用人工介体进行电子传递实际上是利用介体的氧化还原态的转变将电子转移到电极上。作为传递电子的介体一般应具备:1.容易通过细胞壁;2.容易从细胞膜上的电子受体获取电子;3.电极反应快;4.溶解度、稳定性等要好;5.对微生物无毒;6.不能成为微生物的食料等条件。常用的人工介体有硫堇、2-羟基-1,4萘醌、中性红、腐殖酸等。3.从阳极材料的利用形式上可以将微生物燃料电池分为平面型和立体型。平面型阳极材质多为碳布和碳纸,其缺点是增大阳极面积必须增加反应器体积,不利于提高单位体积的产电功率。而立体型阳极可以在相同阳极室体积下增加微生物附着的表面积,从而增大产电密度。4.在阳极材料表面改性的研究中,YanQiao等将碳纳米管和聚苯胺粘合在一起作为阳极材料,不仅增加了电极的表面积,而且降低了阳极表面的初始电势,增强了电子的转移能力。5.ChengShaan等利用经氨气处理过的碳布作为阳极应用于空气型阴极反应器中(电极间距2cm),不但使反应器的启动期由原来的150h提前到60h,而且最大输出功率密度由1640W/m2增加到1970W/m2,这是由于碳布经氨气处理后在其表面形成了含氮官能团,从而增加了碳布表面正电荷(由0.38meq/m2增加到3.99meq/m2),表面正电荷的增加有利于产电微生物在阳极表面的附着,同时提高电子由微生物到电极的传递效率。Kim等将铁氧化物涂抹于阳极上,电池的输出功率由8mW/m2增加到30mW/m2,主要原因是金属氧化物强化了金属还原菌在阳极的富集,从而提高了产电能力。7石墨烯/聚苯胺复合阳极的制备及在MFC中的应用（04.02）1.将GR填充到PANI上制成复合材料，PANI以π-π键形式均匀分散在GR上，这种协同作用可避免两种材料各自的不足，可较大程度地提高复合材料的电化学性能。2.复合材料由片状或层状的单元堆积而成，其表面和层间填充着纤维状的物质。形成这种结构的原因主要是二维结构的超薄石墨烯片层使得苯胺在其表面或层间均匀吸附，并不断发生氧化还原反应，从而实现了苯胺的聚合。3.GR/PANI复合材料的剖面图可知，聚苯胺被石墨烯所盖，形成了石墨烯包覆聚苯胺的夹层结构。石墨烯层中的π键与聚苯胺发生了键合反应，使得苯胺能够很好地在石墨烯表面发生聚合附着。复合材料这种疏松多孔的结构为微生物的附着提供了大的比表面积。4.复合膜电极导电性得到提高的原因：一方面GR比表面积大，有利于传质和电子传递；另一方面GR的碳碳π键与聚苯胺链苯环上的大π键相互键合，形成了“π-π”共轭体系，这可加速电荷在复合膜上传递速率。5.MFC产电性能的提高主要是因为：一方面聚苯胺具有良好的生物相容性，适合微生物的繁殖生长，石墨烯具有大比表面积的特性，可以为微生物的附着提供大量的活性位点，这使得有更多的微生物作为催化剂加快有机物的氧化，从而产生更多的电子。另一方面使用电化学法修饰电极，使得镀层更加均匀，沉积过程中未使用具有腐蚀性、毒性的化学成分，在阳极表面直接合成复合物镀层更佳。8PEDOT/MWCNTs(聚3,4-乙烯二氧噻吩/多壁碳纳米管)复合阳极在MFC中的产电特性研究(04.05)1.利用电化学方法制备了聚3,4-乙烯二氧噻吩/多壁碳纳米管(PEDOT/MWCNTs)复合阳极，简化了制备工艺，减少了催化剂及有毒试剂的使用，首次将其应用在MFC领域考察电池的产电性能和污水处理效果。（1）利用循环伏安法制备PEDOT/MWCNTs导电复合物修饰石墨阳极，并应用于厌氧流化床微生物燃料电池(AFBMFC)中以考察其产电性能。（2）根据厌氧流化床的结构特点，研究了多电极AFBMFC的产电性能。（3）将比表面积大的碳刷阳极放入阳极室，接通三个阴极，考察碳刷阳极多电极AFBMFC的产电性能和污水处理能力。（4）设计构建了单室型空气双阴极MFC装置，分别考察了碳纳米管掺杂含量、支持电解质种类和聚合圈数等制备条件对PEDOT/MWCNTs复合阳极的电极特性和MFC产电性能的影响。碳纳米管含量为10%时，复合阳极的电化学活性出现突跃，对应电池电压达到最大值，为863.7mV，其功率密度也为最大值。电化学表征表明，LiClO4支持电解质体系修饰电极具有最低的初始氧化电位和较好的电化学活性，与其他体系相比，该体系的MFC产电功率达到最大，为1416.2mW·m-3，对应的表观内阻也最低，为204.9Ω。电化学活性随着聚合圈数的增加呈现先增加后下降的趋势，当聚合24圈时，电极电化学活性最大。2.黄霞等[14]研究发现阳极电位越低，其上附着的生物量越多。当表面电位高时，微生物的附着速度反而减慢，这说明静电吸引并非是微生物在电极上附着生长的主要作用力。产电微生物正常生存环境的电势为-300~-400mV，因此较低的表面电位更有利于产电微生物的附着和生长。M.Adachi等将电子传递体通过聚合物修饰到阳极之上，较好的改善了阳极的电子传递，较大幅度的提高了电池的功率输出，C.H.Feng等研究通过导电聚合物聚吡咯将电子传递体萘醌衍生物固定到阳极表面，可以使电池的最大输出功率达到1303mW·m-2，大约高出未修饰空白阳极的13倍。采用高温氨气处理碳布作阳极，可使电极表面正电荷增加，从而有利于细菌更快速地附着，使电池的启动时间也缩短了一半，导电高分子复合材料由于其优异的性能在电子、生物、能源等领域都有很好的应用前景[。C.M.Li等制备了聚苯胺修饰碳纳米管材料的复合物，将其应用在阳极中，增强了大肠杆菌与阳极之间的电子传递进而提高电池的功率输出。当碳纳米管质量分数为20%时，复合阳极表现出最高的电化学活性。。迄今为止，在同一MFC体系中，似乎没有单一菌种的产电功率超过混合菌群的;当电极面积A一定时，可通过提高电池的开路电位Ucell或（和）降低电池内阻Ri来提高电池的输出功率密度9聚酰胺/聚苯胺导电复合材料制备方法的研究进展04.071.而聚苯胺通过与聚酰胺等热塑性高分子材料复合，则可得到同时具有良好的加工性和机械性能并且电导率可控的导电复合材料.对于聚酰胺材料来说，其分子链上含有一定数量的酰胺基团，其化学结构决定了它能与聚苯胺形成氢键而互相吸附，因而聚酞胺与聚苯胺复合体系制备方便。原位聚合制备聚酰胺/聚苯胺复合纤维的一般工艺是在化学纤维表面先吸附一定量的苯胺单体，然后在一定反应条件下加入氧化剂及掺杂剂，苯胺单体在氧化剂及掺杂剂的作用下发生氧化聚合反应生成导电聚苯胺.原位聚合法制得的复合纤维中聚苯胺的分散均匀，包覆性良好聚苯胺对不同金属铜和铁的电祸腐蚀的防护现象，发现加入5%聚苯胺的涂层所在溶液中铁离子的浓度下降了98%，铜表面涂层剥离面积下降了99%，表明聚苯胺对铜和铁的电祸腐蚀具有优异的防腐效果。2.聚酰胺/聚苯胺复合导电膜的制备一般有两种方法:一种是将苯胺引入预先制好的