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微生物燃料电池(MFC)是一种新型的发电技术，也是在废水处理、生物传感器和生物修复等领域的重要技术。目前微生物燃料电池技术还不太成熟，作为发电技术，其能量密度有待提高。微生物自身性质、电极材料、隔膜以及电池构型等对微生物燃料电池的性能都有着不可忽略的影响。其中，阳极的电子传递过程将微生物学和电化学联系起来，对能量转化效率起着至关重要的作用，是提高微生物燃料电池性能的关键切入点。 为提高MFC的性能，本论文设计并制备了不同表面形貌的阳极碳材料，详细研究了碳材料表面形貌对微生物燃料电池性能的影响。 采用三种不同方法对碳毡进行处理，分别为简单清洗(CCF)、200℃煅烧48 h(HCF)和0.8 M(2 M H2SO4)过硫酸铵溶液室温浸泡24 h(ACF)。用SEM、BET、FTIR、CV和滴定法对所处理的碳材料进行了表征，用计时电流法和计时电位法研究碳材料用作基于大肠杆菌MFC阳极的性能。实验表明，过硫酸铵溶液处理过的碳毡单位面积官能团含量最少(0.45 mM m-2)，比表面积最大(1.19m2g-1)，电池性能最高(990 mW m-2)，因此，比表面积最大的碳毡其单位面积官能团含量不一定最大，而比表面积恰恰主宰了MFC的功率输出。证实了阳极表面形貌对MFC性能的关键作用。 据此，本文提出通过碳材料表面形貌控制来提高MFC性能的新措施。采用 SiO2模板法制备出400 nm孔径均匀的多孔碳，用XRD、FTIR、SEM等多种手段对制备的多孔碳进行表征。均匀孔径的多孔碳作为基于大肠杆菌的MFC阳极催化剂的性能通过CV，CA和极化曲线进行研究，结果表明，400 nm孔径多孔碳做MFC阳极催化剂的最大功率密度(1606 mW m2)比赤裸碳毡(402 mW m-2)的最大功率密度提高三倍左右，电流输出同样也提高三倍左右。400 nm孔径多孔碳增强MFC电化学性能主要归因于多孔碳良好的生物相容性促进了阳极生物膜的快速形成，加速了阳极电子的传递速率，提高了MFC的功率输出。 在此基础上，制备出不同孔径的多孔碳:50nm，100 nm和200 nm及400 nm碳材料，并比较它们用作基于大肠杆菌的MFC阳极催化剂的性能。结果表明，四种不同大小的孔径中，200 nm孔径的多孔碳由于其孔径大小同细胞长度大小相近，取得了最优越的MFC性能(1808 mW m-2)。 碳阳极表面形貌的可控制备，对MFC阳极生物膜的形成有着极其重要的作用，能够有效地提高MFC的性能。