MFC 阳极材料双室 MFC 系统主要有 3 个组成，分别为阳极、阴极和膜。选择阳极材料的 必要条件有高的电导率、无腐蚀性、高的比表面积、优的生物相容性、污垢少、 价格低廉、易于制造。前两个限制条件淘汰了许多金属材料。另外，活性微生 物必须能够做到很好地附着在阳极材料上，同时容易将产生的电子导出。阳极 材料有碳材料（如碳布、碳纸和玻璃碳等）、石墨材料（石墨毡、石墨棒、石墨 片）、活性碳材料。导电聚合物、金属和金属化合物修饰阳极、非金属修饰阳极。 Zhu 等[9]分别用硝酸和乙二胺处理的碳纤维做 MFC 的阳极材料，以考察不同处 理方法对 MFC 性能的影响。硝酸处理的阳极，使 MFC 的功率密度提高 58%， 使启动时间减小 45%。乙二胺处理的阳极，MFC 的功率密度提高 25%，并且使 系统的启动时间减少 51%。68558

2 MFC 阴极材料的研究现状

阴极室内 H+、e-和 O2 在阴极催化剂作用下发生的还原反应是一个难以控制 的三相反应(空气、水和固体的催化剂)[10]。阴极材料可使用碳材料，但单独使用 得到的 MFC 产电性能效果不佳，尤其电子受体为氧气时。阴极材料上负载高活 性的金属催化剂，其可以降低阴极的反应活化能，从而提高阴极的反应速率。

Pt 黑最早被用作燃料电池阴极催化剂，但由于其昂贵的价格、有限的资源，

之后研究致力于将催化剂的负载量降低[3]。此后，将 Pt 负载到高比表面积的活 性炭上，成功提高 Pt 的利用率，而且大大降低 Pt 负载量。美国 Los Alomos 国 家实验室通过在质子膜燃料电池(PEMFC)的多孔气体扩散电极中，浸渍质子导 体并结合膜电极集合体的热压技术，扩展了电极三维反应区，提高了催化剂的 利用率，降低了 Pt 的负载量[5]。论文网

Cheng[11]等研究表明，当阴极的负载量由 2mg/cm2 减少到 0.1mg/cm2 时，阴 极的活化能只降低了 20mV-40mV，于是为了降低系统的成本，阴极材料表面的 金属负载量一般控制在 0.1mg/cm2 左右。

然而，关于提高阴极长期稳定性以及寻找替代昂贵的以 Pt 电极的阴极材料 等关于 MFC 设计和材料方面的问题还有待进一步提高。MFCs 一般在 PH 值为 7 时工作，然而强酸、强碱介质一般用于低温燃料电池[11]。处于中性、低温环境 下的还原反应机制启动后，会造成阴极高的能量损失，甚至只产生微弱电流。

Roche [12]等由旋转圆盘电极测试发现碳载二氧化锰（MnOx/C）在中性溶液 可取代 Pt，掺杂金属离子提高 MnOx/C 的 ORR。Zhang[14]等研究了α-MnO2、 β-MnO2、γ-MnO2 三种晶型氧化物空气阴极的电催化活性。LSV 曲线（线性伏 安扫描曲线）显示，在中性介质下均可电催化氧还原，β-MnO2 有较高的比表面 积和平均氧化态，呈现最高电催化活性。汪家权等[13]将其自制的钛基二氧化铅 电极作为单室 MFC 的阴极，MFC 启动 l98h 后，测得 MFC 的内阻为 300Ω，最 大 的 功 率 密 度 达 到 485mW/m2 ， COD 去 除 率 约 40% ， 日 平 均 去 除 率 为 1000.5mg/L。这说明此单室 MFC 既能输出较理想的电能，又能取得较理想的废 水处理率。