Page 28 - 《精细化工》2021年第9期
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·1742· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷
电芬顿体系对丁香酸、香草酸及羟基苯甲酸的降解 来，陶瓷在质子交换膜以及反应器设计方面研究居
可行性。SEM 结果表明，Fe-Mn 复合催化剂在 GF 多，由于其导电性能差，陶瓷作为电极材料方面鲜
表面形成的均匀催化层增加了用于 ORR 的活性中 有报道。CANUTO 等 [59] 开发了基于聚硅氧烷的新型
心，促进了 H 2 O 2 及•OH 的生成，对 3 种酚类化合物 多孔硅陶瓷阳极，该阳极材料具有较高的电子转移
的降解率均达到 100%，最大功率密度比 Fe/GF 及 效率和良好的亲水性，比商用 CF 表现出更好的性
GF 作为阴极高出 48.1%和 238.9%。 能，最大电流密度和功率密度提高了两倍。在废水处
理效率方面，COD 去除率达到 85%左右。FAN 等 [60]
对 CC 负载电气石作为阳极材料进行研究，考察了
不同含量电气石对 MFC 性能的影响，其中 0.1 g 电
气石修饰阳极的 MFC 中，启动时间从 247 h 减少到
96 h，COD 去除率达到 91.5%，最大功率密度为
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546 mW/m 。Mxene 作为一种新兴的二维体系材料
由于高比表面积、优异的导电性以及良好化学稳定
性可作为一种潜在多功能应用材料 [61] 。LIU 等 [62] 利
用 CC 包裹的 Ti 3 C 2 Mxene（Ti 3 C 2 /CC）作为 MFC 阳
极，Ti 3 C 2 Mxene 的多层结构以及良好的亲水性有利
于微生物的生长，并为生物催化氧化还原反应提供
图 3 Fe@Fe 2 O 3 /ACF-MFC 降解污染物过程示意图 [55] 了更多的活性中心，修饰阳极 MFC 表现出较为优异
Fig. 3 Schematic diagram of wastewater degradation 的产电及污染物降解性能，输出的最大功率密度为
process of Fe@Fe 2 O 3 /ACF-MFC [55]
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3.74 W/m ，COD 去除率为 94.6%。由此可见，新型
4 其他材料修饰电极 材料用于 MFC 电极改性具有很大的潜力，进一步研
发价格低廉、性能优越的新型材料，对 MFC 在能源
通过开发其他新型材料如金属化合物、陶瓷、 及水处理领域的发展具有十分重要的意义。
电气石、Mxene、金属有机骨架（MOFs）等，为
MFC 电极改性在导电性、电子转移速率及 ORR 催
化活性等方面的研究开辟了新途径。
4.1 其他改性材料修饰阳极强化 MFC 产电及有机
污染物降解
除了金属以及金属氧化物用于阳极的改性来提
高 MFC 性能外，有研究者利用其他金属化合物修饰
阳极同样获得了令人较为惊喜的结果。MFC 阳极产
电微生物利用体系中有机物质作为电子供体，通过
微生物细胞外膜蛋白、纳米导线以及电子中介体传
导的方式将电子传递给阳极，实现 MFC 产电效能
（图 4）。WANG 等 [57] 采用水热法合成 FeS 2 石墨烯
阳极（FeS 2 /rGO），该材料有利于电化学活性菌在电
极表面的富集，微生物纳米导线将细胞系在阳极表
面，建立了直接的电子转移途径，微分脉冲伏安法
分析显示，FeS 2 /rGO 既能促进细菌外膜氧化还原活 图 4 MFC 阳极产电微生物电子转移机制
性细胞色素蛋白的直接电子转移，又能促进穿梭分 Fig. 4 Electron transfer mechanism of electroactive bacteria
in MFC anode
子介导的间接电子转移，显著提升 MFC 产电效能，
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最大功率密度可达 3220 mW/m ，有机污染物降解率 4.2 MOFs 材料修饰阴极强化 MFC 产电及有机污
最高为 86.4%。LIU 等 [58] 将碳化钨纳米粒子粘贴在 染物降解
CC 上作为 MFC 阳极，该阳极具有较高的功率密度 MOFs 以其多节点配位基团、丰富的金属中
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（3.26 W/m ）、较高的 COD 去除率（95.5%）和较高 心、较大的比表面积、可调节的孔隙率和较高的设
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的库仑效率（83.2%），分别为裸 CC 阳极（1.52 W/m 、 计可行性，在电催化领域引起了广泛的关注 [63] 。
78.1%、48.6%）的 2.14 倍、1.22 倍、1.71 倍。近年 MOFs 由于本身导电性较差，多数需要热解制备多
