Page 189 - 《精细化工》2022年第12期

第 12 期 郭金燕，等: Cu 2 O/rGO 修饰阴极对 MFC 产电脱氮性能及菌群结构的影响 ·2555·

电荷转移阻抗（R ct =1620 Ω）和溶液内阻（R s =310 Ω） 电压，并且 Cu 2O/rGO-MFC 在 3 个运行周期中的最大
分别比 Pt/C 阴极（R ct =4700 Ω 和 R s =560 Ω）降低 输出电压分别为 678.81、645.91 和 662.90 mV，平均
65.53%和 44.64%。R ct 和 R s 的降低说明 Cu 2 O/rGO 最大输出电压为 662.54 mV，而 Pt/C-MFC 的最大输
降低了电子在阴极表面的转移阻力，并提高了电子 出电压分别为 559.24、447.20 和 449.56 mV，平均
转移效率 [33] 。这可能是因为 rGO 的高导电性和大比 最大输出电压为 485.33 mV，Cu 2 O/rGO-MFC 的平均
表面积，为电子传递提供了更多的通道和活性位点， 最大输出电压比 Pt/C-MFC 的提高了 36.51%。。作为
改善了电子在 Cu 2 O/rGO 阴极表面的传递效率。综 对比，Cu 2O/rGO 复合材料对 MFC 产电性能的改善效
上所述，经 Cu 2 O/rGO 复合材料修饰后的阴极，具 果优于 rGO 基底上的其他金属氧化物，如 MnO 2/rGO
有良好的反应速率和电子转移效率，有利于提高 （322 mV） [34] 和 V 2O 5/rGO（271 mV） [35] 。此外，
MFC 的性能。 Cu 2O/rGO-MFC 的输出电压在 3 个周期中重现性较
Pt/C-MFC 好，未出现输出电压突然下降的现象。

图 5 Pt/C 阴极和 Cu 2 O/rGO 阴极的 Tafel 曲线（a）和 EIS
曲线（b）
Fig. 5 Tafel curves (a) and EIS curves (b) of Pt/C and
Cu 2 O/rGO cathodes

2.3 Cu 2 O/rGO 修饰阴极对 MFC 性能的影响
进一步研究 Cu 2 O/rGO 复合材料修饰阴极对
–
MFC 产电和还原 NO 3 -N 的影响，当 MFC 的输出电
–
压达到稳定时，加入质量浓度为 250 mg/L 的 NO 3 -N，
–
记录 MFC 输出电压，并计算 COD、NO 3 -N 的去除
–
率和 NO 2 -N 的积累量。

2.3.1 Cu 2 O/rGO 修饰阴极对 MFC 产电性能的影响 图 6 Pt/C-MFC 和 Cu 2 O/rGO-MFC 的输出电压（a），功
图 6 分别为以 Pt/C 修饰阴极的 MFC（记为 率密度（b）及 EIS 曲线（c）
Pt/C-MFC）和以 Cu 2 O/rGO 复合材料修饰阴极的 Fig. 6 Output voltage (a), power density (b) and EIS curves (c)
of Pt/C-MFC and Cu 2 O/rGO-MFC
MFC（记为 Cu 2 O/rGO-MFC）的输出电压曲线、功
–
率密度曲线和 EIS 曲线，用来分析其处理 NO 3 -N 时 由图 6b 可知，两种 MFC 均满足功率密度与电
的产电性能和内阻分布情况。由图 6a 可知，两种 流密度之间的典型关系。Cu 2O/rGO-MFC 和 Pt/C-MFC
2
MFC 的输出电压均呈现出随着接种液的更换而升 的最大功率密度分别为 26.27 和 16.98 mW/cm ，
高然后稳定一段时间的趋势。在 3 个运行周期中， Cu 2O/rGO-MFC 比 Pt/C-MFC 增加了 54.71%，说明
Cu 2 O/rGO-MFC 的输出电压均高于 Pt/C-MFC 的输出 Cu 2 O/rGO-MFC 的产电性能优于 Pt/C-MFC。MFC