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    我校能源與動力工程學院李俊教授最新研究成果在Nano Energy上發表

    作者:能動學院 王志濤 來源:新聞網  瀏覽次數: 發布日期:2019/01/10 10:19:22

    重慶大學能源與動力工程學院李俊教授與美國加州大學圣克魯茲分校(University of California, Santa Cruz)陳少偉教授合作,在Nano Energy發表了題為Graphene oxide-supported zinc cobalt oxides as effective cathode catalysts for microbial fuel cell: High catalytic activity and inhibition of biofilm formation的研究論文,重慶大學為第一單位。重慶大學能源與動力工程學院博士生楊偉為論文第一作者,李俊教授亚博竞猜app下载、陳少偉教授為共同通訊作者。

    微生物燃料電池(microbial fuel cells)是一種利用陽極表面附著生長的微生物將廢水中的有機污染物降解并轉化為電能的一種能源裝置,在污水處理和可再生能源方面具有廣闊的應用前景。其中亚博竞猜app下载,空氣陰極微生物燃料電池由于陰極的自呼吸式設計,能夠直接利用空氣中的氧氣作為陰極電子受體并且氧氣的供給無需額外的能量輸入,是一種極具實用化前景的微生物燃料電池結構??諝怅帢O作為電池的主要組成部分亚博竞猜app下载,其性能優劣直接影響了微生物燃料電池整體的功率輸出。研究表明,較低的陰極氧還原催化活性、不充分的陰極內部離子傳輸和陰極表面生物膜的形成均嚴重影響了空氣陰極的性能。目前,大量的研究提出了高效的氧還原催化劑并應用于微生物燃料電池,在一定程度上有效強化了電池的輸出功率。然而亚博竞猜app下载,由于陰極生物膜的形成,不僅污染了陰極催化劑導致其催化活性降低亚博竞猜app下载,而且嚴重限制了陰極內部離子傳輸亚博竞猜app下载,產生了較高的濃差過電位。單一強化陰極電催化性能無法滿足微生物燃料電池實用化的需求。因此,同步實現陰極表面生物膜抑制、陰極內部離子傳輸強化和高活性氧還原催化劑設計是一種顯著提高空氣陰極性能,提升微生物燃料電池整體功率輸出的有效途徑。

    研究基于ZnCo?2O?4利用Zn2+替代四面體位置的非活性Co2+,提高八面體位置活性Co3+的利用率;利用ZnO高溫下易蒸發的特性以其作為造孔劑增加催化劑內部孔隙結構,實現活性位點暴露和離子傳輸強化,獲得了僅比Pt/C低20 mV的半波電位和相近的極限電流密度亚博竞猜app下载;同時結合石墨烯/ZnO的抗菌特性實現陰極生物膜抑制亚博竞猜app下载。通過電池性能測試發現,該催化劑制備的陰極能同步實現陰極表面生物膜抑制、陰極內部離子傳輸強化和高性能陰極氧還原性能,有效的改善了微生物燃料電池陰極運行的穩定性。該研究工作闡述了微生物燃料電池空氣陰極催化性能、離子傳輸特性及其生物膜抑制的重要性,并為今后的微生物燃料電池陰極和催化劑設計工作提供了新的思路。

    重慶大學能源與動力工程學院李俊教授最新研究成果在Nano Energy上發表.jpg

    圖1微生物燃料電池性能測試。a 放電曲線, b 功率密度曲線, c 陰極運行1個月后陰極表面生物量。

    該研究工作得到了國家自然科學基金優秀青年基金、重慶市留學人員創業創新支持計劃, 重慶市基礎科學與前沿技術項目, 重慶大學科研后備拔尖人才培育計劃項目,中央高?;究蒲袠I務經費項目的資助。

    論文鏈接:

    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518310024




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