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微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)是一种新型的生物电化学装置，利用细菌的代谢活性，将有机物含有的化学能转化为电能。MFC的设计与使用引起了相当大的兴趣，因为它们为可生物降解和再利用的废料可持续生产能源提供了潜在的新机会。但是，相关的缓慢微生物动力学以及昂贵的电极材料限制了该技术更广泛的商业应用。
目前，对于MFC中的阴极氧还原反应(Oxygen reduction reaction,ORR)，迫切需要开发低成本，高催化性能以及具有良好稳定性的阴极催化剂。而已知的材料中碳基材料具有价格便宜，较强的稳定性以及优良的导电性等特点，所以碳基材料是一种理想的MFC阴极材料。并且当我们向碳基材料进行杂原子掺杂时，可进一步提高其ORR催化性能及其稳定性。但目前这些材料仍具有ORR催化活性不够好，制备方法复杂的问题。依据提出的问题，本文完成了以下工作：
(1)利用固相混合热解的方法，得到了一种密集生长了碳纳米管的多孔氮掺杂碳纳米片材料(Fe-N-C)，管中包覆有铁纳米颗粒。该材料在中性条件下的ORR测试时还原电位为0.61V(vs.RHE)，与20%Pt/C的0.63V(vs.RHE)十分接近。在i-t测试过程中也表现出了较好的ORR催化稳定性，相对电流只下降了11%，优于20%Pt/C下降的20%。在应用于MFC中时，MFC的最大输出功率密度达到了1000mWm-2，优于20%Pt/C的300mWm-2,并且MFC具有长时间的循环稳定性，经过多个循环后电流密度依然保持在1.3mAcm-2，优于20%Pt/C的0.5mAcm-2。
(2)以过渡金属盐类与基底材料溶解混合干燥热解的方法，我们合成了包覆有钴镍合金纳米颗粒的氮掺杂竹状碳纳米管材料(Co,Ni-N-C)。该材料表现出的中性ORR还原电位为0.64V(vs.RHE)，高于20%Pt/C的0.63V(vs.RHE)，具有较强催化ORR的稳定性。将材料组装进入MFC后，作为阴极在MFC中的输出功率密度最大为800mWm-2，明显优于20%Pt/C材料的200mWm-2,并且MFC经过长时间的循环后，依旧保持着较高的电流密度0.9mAcm-2，远远大于20%Pt/C所展现出的0.4mAcm-2。
目前，对于MFC中的阴极氧还原反应(Oxygen reduction reaction,ORR)，迫切需要开发低成本，高催化性能以及具有良好稳定性的阴极催化剂。而已知的材料中碳基材料具有价格便宜，较强的稳定性以及优良的导电性等特点，所以碳基材料是一种理想的MFC阴极材料。并且当我们向碳基材料进行杂原子掺杂时，可进一步提高其ORR催化性能及其稳定性。但目前这些材料仍具有ORR催化活性不够好，制备方法复杂的问题。依据提出的问题，本文完成了以下工作：
(1)利用固相混合热解的方法，得到了一种密集生长了碳纳米管的多孔氮掺杂碳纳米片材料(Fe-N-C)，管中包覆有铁纳米颗粒。该材料在中性条件下的ORR测试时还原电位为0.61V(vs.RHE)，与20%Pt/C的0.63V(vs.RHE)十分接近。在i-t测试过程中也表现出了较好的ORR催化稳定性，相对电流只下降了11%，优于20%Pt/C下降的20%。在应用于MFC中时，MFC的最大输出功率密度达到了1000mWm-2，优于20%Pt/C的300mWm-2,并且MFC具有长时间的循环稳定性，经过多个循环后电流密度依然保持在1.3mAcm-2，优于20%Pt/C的0.5mAcm-2。
(2)以过渡金属盐类与基底材料溶解混合干燥热解的方法，我们合成了包覆有钴镍合金纳米颗粒的氮掺杂竹状碳纳米管材料(Co,Ni-N-C)。该材料表现出的中性ORR还原电位为0.64V(vs.RHE)，高于20%Pt/C的0.63V(vs.RHE)，具有较强催化ORR的稳定性。将材料组装进入MFC后，作为阴极在MFC中的输出功率密度最大为800mWm-2，明显优于20%Pt/C材料的200mWm-2,并且MFC经过长时间的循环后，依旧保持着较高的电流密度0.9mAcm-2，远远大于20%Pt/C所展现出的0.4mAcm-2。