微生物燃料电池非贵金属氧化物阴极催化剂研究进展-邓丽芳

收稿日期：２０１２－０８－１５作者简介：袁浩然（１９８１－），男，高级助理，主要从事热能工程、城市固体废弃物资源化利用研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕａｎｈｒ＠ｍｓ．ｇｉｅｃ．ａｃ．ｃｎ．基金项目：国家“９７３”项目（编号：２０１１ＣＢ２０１５０１）；中国科学院知识创新工程重要方向项目（编号：ＫＳＣＸ２－ＥＷ－Ｇ－１－５）；国家自然科学基金国际合作项目（编号：５１１６１１４０３３０）．文章编号：１６７１－８８４４（２０１２）０６－０７０３－０５微生物燃料电池非贵金属氧化物阴极催化剂研究进展邓丽芳１，２，袁浩然１，２，陈勇３（１．中国科学院广州能源研究所，广东广州５１０６４０；２．中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室，广东广州５１０６４０；３．中国科学院广州分院，广东广州５１００７０）摘要：微生物燃料电池（ＭｉｃｒｏｂｉａｌＦｕｅｌＣｅｌｌ，ＭＦＣ）是一种利用微生物将底物中的化学能直接转化为电能的理想产电装置，具有产电与废弃物处置双重功效．为探究非贵金属氧化物作为微生物燃料电池阴极催化剂可能的研究方向和发展趋势，主要总结了近几年来两种主要非贵金属氧化物（二氧化锰、二氧化钛）作为微生物燃料电池阴极催化剂的最新研究进展，并分析了其可能的催化反应机制．随后，对其发展方向提出了自己的见解：１）阴极材料改性：包括金属氧化物替换、掺杂、形貌特征改变等；２）阴极材料结构形貌改性：水热合成、液相沉积、溶胶凝胶等方法．关键词：微生物燃料电池；阴极催化剂；二氧化锰；二氧化钛；反应机制；研究进展中图分类号：ＴＭ９１１．４文献标志码：ＡＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆｎｏｎ－ｐｒｅｃｉｏｕｓｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｃａｔｈｏｄｅｃａｔａｌｙｓｔｓｍｉｃｒｏｂｉａｌｆｕｅｌｃｅｌｌｓＤＥＮＧＬｉｆａｎｇ１，２，ＹＵＡＮＨａｏｒａｎ１，２，ＣＨＥＮＹｏｎｇ３（１．ＧｕａｎｇｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙａｎｄＧａｓＨｙｄｒａｔｅ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ；３．ＧｕａｎｇｚｈｏｕＤｉｖｉｓｉｏｎＡｃａｄｅｍｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｃｒｏｂｉａｌｆｕｅ１ｃｅｌｌ（ＭＦＣ）ｉｓａｄｅｖｉｃｅｄｉｒｅｃｔｌｙｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｅｒｇｙｉｎｔｈｅｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｉｎｔｏｅｌｅｃ－ｔｒｉｃｉｔｙｗｉｔｈｔｈｅｍｉｃｒｏｂｉａｌｃａｔａｌｙｓｔｓ，ｗｈｉｃｈｈａｓｂｅｅｎｐａｉｄｍｕｃｈａｔｔｅｎｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆａｂｕｎｄａｎｔｒｅ－ｓｏｕｒｃｅ，ｍｉｌｄｒｅａｃｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｃｌａｒｉｆｙｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌ－ｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｎｏｎ－ｐｒｅｃｉｏｕｓｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｃａｔｈｏｄｅｃａｔａｌｙｓｔｓ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｔｗｏｍａｉｎｎｏｎ－ｐｒｅｃｉｏｕｓｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｃａｔｈｏｄｅｃａｔａｌｙｓｔｓ（ｍａｎｇａｎｅｓｅｄｉｏｘｉｄｅａｎｄｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅ）ｏｆＭＦＣａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｃａｔａｌｙｔｉｃｒｅａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｌｓｏ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｎｏｎ－ｐｒｅｃｉｏｕｓｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｃａｔｈｏｄｅｃａｔａ－ｌｙｓｔｓａｂｏｕｔＭＦＣａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ：１）Ｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｓ，ｄｏｐｉｎｇ，ａｎｄｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｆｅａｔｕｒｅｓｃｈａｎｇｅ，ｅｔｃ．２）Ｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ：ｂｙｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｓｙｎｔｈｅ－ｓｉｓ，ｌｉｑｕｉｄｐｈａｓｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｓｏｌｇｅｌｍｅｔｈｏｄ，ｅｔｃ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｂｉａｌｆｕｅｌｃｅｌｌ；ｃａｔｈｏｄｅｃａｔａｌｙｓｔｓ；ｍａｎｇａｎｅｓｅｄｉｏｘｉｄｅ；ｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅ；ｒｅａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａ－ｎｉｓｍ；ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓ随着全球气候变暖和化石燃料耗竭等问题的日益严峻，可替代能源和可再生能源的研究、