二硫化铁/石墨烯阳极：提升微生物燃料电池性能的新方案

近期，哈尔滨工业大学刘绍琴课题组根据Geobacter产电微生物可以利用Fe3+和S作为电子传递通路的特性，通过简便的水热反应合成了二硫化铁/石墨烯复合物（FeS2/rGO）作为微生物燃料电池的阳极。该复合纳米结构不仅极大地改善了Geobacter产电微生物在电极表面的黏附能力，而且有利于Geobacter在群落中与其他细菌的竞争，实现了Geobacter产电微生物的选择性富集，从而将微生物燃料电池的启动周期从常规碳布电极的十几天降低到2天。

此外，FeS2纳米粒子的引入显著减小了电极的电荷转移阻抗，促进了微生物-电极界面之间的电子传递，获得了3.22W/m2的面功率密度。将其用于啤酒厂废水的处理，也获得了较高的电压和功率密度以及良好的有机物去除率。

微生物燃料电池（MFC）利用产电微生物催化降解有机物，将有机物蕴含的化学能转化为电能，具有清洁高效、原位利用和循环利用的优点，作为一种能够将废水再生为能源的技术受到了广泛的关注。如何大幅度提高微生物催化降解有机物产电的效率，是微生物燃料电池产业化的前提和难点。本质上，强化微生物的附着力及提高微生物胞外电子传递能力，将有效提升微生物催化降解有机物产电的效率。

然而，微生物燃料电池是一个十分复杂的体系，涉及细菌自身复杂的代谢和群体的互相作用、生物电极界面的相互作用、复杂的传质过程和电化学反应。关于特定条件下MFC性能的研究相对比较充分，但上述的一些基本过程仍然需要被进一步的研究和更详细的阐述。相信，对于微生物自身代谢和种群间相互作用的进一步揭示，以及细菌-电极之间微纳界面的进一步研究将有助于指导未来MFC阳极的设计和应用。

随着人口的增加和现代社会的发展，每天都在产生越来越多的垃圾和废水。传统的污水处理工艺是个高能耗、物耗，且以温室气体排放为代价的工程，同时还浪费了废水中有机物蕴含的化学能，因此发展在废水高效处理过程中回收，可利用的资源与能源的新技术与新方法，具有经济和生态双重效益。