Page 52 - 《精细化工》2022年第8期

·1552· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

该研究的创新之处：（1）探究了不同 MWCNT- 和比表面积被用于改善碳基阳极的表面特性，并且
COOH 添加量对电极电化学性能的影响，结果表明， 获得了优良的电导率和生物相容性 [51] 。目前，研究
CNTs 添加量为 2%时制备的电极具有最高的电容和 热门的导电聚合物为聚苯胺（PANI）、PPy、聚噻吩
最小的 R ct ；（2）MFC 运行稳定后表征了不同阳极 （PTh），已被广泛用于 MFC 碳基阳极材料的表面
表面生物膜的形态，进一步探讨了不同阳极的生物 改性，并表现出了更好的阳极性能。
相容性，为产电能力的不同提供了支撑；（3）静电 WANG 等 [68] 制备了一种新型柔性 3D 石墨烯泡
纺丝结合热压、热处理工艺不仅能够提高纳米纤维 沫镍，以其为阳极，为微生物的繁殖、基质的扩散
的力学性能，还能够降低接触电阻，这为制备坚固 和电子的传递提供了较大的比表面积和大孔支架，相
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的自支撑阳极电极提供了一种新型策略。 比于传统碳基电极，其最佳功率密度为 27 W/m ，但
如前所述，导电聚合物已被广泛用于 MFC 的阳 存在着电压输出较低（0.4 V）、运行不稳定的弊端。
极改性，在众多的导电聚合物中，PPy 因其易合成、 在此基础上，TAO 等 [39] 发明了新型聚吡咯/聚乙烯醇
环境稳定、导电性强而被认为是最有价值的导电高 -聚乙烯纳米纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯（简称
分子材料之一，在电催化、传感器、金属防腐材料 PPy/NFs/PET）3D 分层结构材料。由图 4 可见，原
等领域得到了广泛研究 [67] 。PPy 改性是基于自身带 位生长的 PPy 以纳米纤维的形式与 PET 纤维和
正电荷，可以吸引带负电荷的微生物，从而进一步 PVA-co-PE 纳米纤维(简称 NFs)交联形成了 PPy/
提高阳极上微生物的负载量 [66] 。例如：JUNG 等 [67] 制 NFs/PET 三维导电支架，另一种 PPy/PET 阳极由 PPy
备了一种 PPy-ACNF/CNT 纳米复合材料，PPy-ACNF/ 与 PET 无纺布交织而成，可以作为 PPy/NFs/PET 纺
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CNT 阳极最大功率密度为 598 mW/m 。目前，CNFs 织支架结构的参考。这种三维导电支架具有开放多
与导电聚合物结合进行改性方面的研究很少，因此， 孔的结构、更大的表面粗糙度和更多的用于氧化还
在提高 MFC 整体性能的基础上，导电聚合物与 CNFs 原反应的表面活性位点，解决了输出电压低且不稳
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的结合改性将会是 MFC 领域的一个研究趋势。 定的问题，同时具有高的功率输出（2420 mW/m ），
3.2 导电聚合物基纳米纤维电极 但 PPy/NFs/PET 阳极电极与大肠杆菌之间的直接电
近年来，导电聚合物纳米材料因具有高电导率 子转移机制有待更好地解释。

图 4 分层 PPy/NFs/PET 纺织品阳极与 PPy/PET 纺织品阳极对比（a）；在接种大肠杆菌的 PBS 中测量的 PPy/PET（b）
和 PPy/NFs/PET（c）纺织品阳极的 Nyquist 曲线 [39]
Fig. 4 Comparation of hierarchical PPy/NFs/PET textile anode and PPy/PET textile anode (a); Nyquist curves of PPy/PET (b)
and PPy/NFs/PET (c) textile anodes in PBS inoculated with E. coli [39]

导电聚合物聚苯胺具有醌环含量高的共轭电子 纳米纤维在电极表面随机排列，而这种随机性恰恰
结构，被认为是改善电极表面与产电微生物相互作 限制了产电微生物与聚苯胺之间的相互作用，降低
用的一种有效方法。通过简单地调控苯胺与酒石酸 了 EET 速率。垂直排列的聚苯胺纳米纤维解决了
比例与原位聚合的方法，ZHAI 等 [69] 在碳布电极表 EET 速率低的问题，而且具有合成方法简单、功率
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面制备了垂直排列的聚苯胺纳米纤维，由于传统的 密度较高（853 mW/m ）的优点。