生物膜和陽極之間的弱生物膜定植和緩慢的細(xì)胞外電子轉(zhuǎn)移 (EET) 是微生物燃料電池 (MFC) 實(shí)現(xiàn)高功率密度的主要障礙。使用高效電催化劑調(diào)整陽極的界面特性被認(rèn)為是克服這些限制的可行策略。在這項(xiàng)研究中，通過靜電紡絲、熱解、冷凍-制備了一種新型三維陽極電催化劑，由碳納米纖維 (CNF) 和還原氧化石墨烯 (rGO) 組成，干燥法和水熱法用于模板化 MoS
2納米花 (rGO/CNF@MoS2) 的生長。生成的互連 rGO/CNF@MoS2 支架提供了明顯更粗糙的表面、較大的電化學(xué)表面積、良好的導(dǎo)電性和豐富的電活性位點(diǎn)，這有利于生物膜的粘附和活力，并提高了 EET 效率。因此，配備 rGO/CNF@MoS2 改性陽極的 MFC 在 8220 mA m
-2 的電流密度下實(shí)現(xiàn)了3584 mW m
-2 的出色功率密度，這明顯高于包含 rGO/CNF-改性（2992 mW m
−2）、CNF@MoS2 改性（2560 mW m
−2）和純碳布（805 mW m
−2）陽極。考慮到其易于制造、在生物膜中具有出色的電催化活性和高發(fā)電能力，開發(fā)的 rGO/CNF@MoS
2 電催化劑顯示出作為實(shí)現(xiàn)高 MFC 性能的理想陽極電催化劑的巨大潛力。
Fig 1. (a) 合成程序示意圖。(b) PAN/PVP 薄膜、(c) CNF、(d) rGO/CNF 和 (e) rGO/CNF@MoS
2的SEM 圖像。(f)TEM和(g) rGO/CNF@MoS
2的 HRTEM圖像以(h)相應(yīng)的SAED圖案。(i–m) rGO/CNF@MoS
2中Mo、S、C和N的EDX元素映射。
Fig 2. (a) 所有陽極的拉曼光譜。 (b) rGO/CNF@MoS
2 電催化劑的 XPS 概覽光譜和 (c) C 1s、(d) Mo 3d、(e) S 2p 和 (f) N 1s 的相應(yīng)解卷積峰。所有準(zhǔn)備好的陽極的電化學(xué)測量：（g）CV 曲線，（h）比電容值，（i）奈奎斯特曲線（插圖是等效電路）。
Fig 3. 配備不同陽極的 MFC 的性能：(a) 電池電壓輸出，(b) LSV 曲線，(c) 功率密度和極化曲線，(d) 穩(wěn)定生物膜形成后的 CV 曲線，(e) EIS 曲線，(f) COD去除效率和庫侖效率，（g）為電氣設(shè)備供電的 MFC 的數(shù)碼照片。
Fig 4. 在（a和a'）CC、（b和b'）rGO/CNF、（c和c'）CNF@MoS
2和（d和d'）rGO/CNF@MoS
2陽極上生長的生物膜的SEM圖像。(e–h)帶有生物膜的rGO/CNF@MoS
2陽極的EDX元素圖。
Fig 5. (a和b)CC、(c和d) CNF@MoS
2、(e和f) rGO/CNF和(g和h)rGO/CNF@MoS
2陽極生物膜的CLSM圖像（包括2D圖像和3D圖像）。
Fig 6. (a) 門和 (b) 水平的不同陽極樣品的微生物群落結(jié)構(gòu)。
Fig 7. 提出的 rGO/CNF@MoS
2 電催化劑陽極性能增強(qiáng)機(jī)制。
相關(guān)研究工作由北京科技大學(xué)Congju Li課題組于2023年在線發(fā)表在《Journal of Materials Chemistry A》期刊上，原文：Nanoflower-like MoS
2 anchored on electrospun carbon nanofibers-interpenetrated reduced graphene oxide as microbial fuel cells anode achieving high power density。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
