电沉积在碳纸上的铂纳米粒子的SEM图像
微生物燃料电池是以微生物为催化剂,将有机物和无机物氧化产生电流的装置。其原理是燃料在阳极室在生物催化剂的作用下被氧化,电子通过外电路到达阴极,质子通过质子交换膜到达阴极,氧化物(一般为氧气)在阴极室得到电子被还原。
在MFC中,影响电子传递速率的因素主要有:微生物对底物的氧化;电子从微生物到电极的传递;外电路的负载电阻;向阴极提供质子的过程;氧气的供给和阴极的反应提高MFCs的电能输出是目前研究的重点,电极材料的选择对最终产能效率有着决定性的影响。
David等提出微生物燃料电池阴极反应较高的超电势与氧气在阴极的还原反应有关,且这些严重影响体系的电性能;减小阴极材料的内阻﹑寻找更有效的电子受体﹑提高铂催化剂的催化效率都有可能显著的提高阴极性能。铂作为一种性能优良的催化剂能降低阴极反应活化能,提高反应动力学,因此广泛应用于微生物燃料电池。但铂是非常昂贵的金属,降低其用量、提高其催化性能﹑寻找其替代品对于微生物燃料电池的发展至关重要。
华东理工大学材料学与工程学院朱以华等人用模板法和电沉积法分别制备了不同粒径的铂纳米粒子作为微生物燃料电池阴极催化剂并构建了一个完整的空气阴极微生物燃料电池(MFC)体系。通过扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜 (TEM)及数据采集卡等手段测试两种方法制备的铂催化剂的粒径形貌﹑电池性能。结果表明:模板法制备的铂纳米粒子作为微生物燃料电池的阴极催化剂具有更好的催化性能,构成的MFC电流密度达到2000mA/m2。