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微生物燃料电池(MFC)是一种能够利用微生物降解污水中的污染物,并将其储存的化学能转化为电能的新技术,由于其能够同时缓解日趋严重的水资源危机和能源危机而备受瞩目。目前,造价高和效率低仍然是限制MFC在实际中运用的主要因素,而电极作为提高输出功率和控制成本的关键因素,具有很大的改良空间。本论文采用桉树叶提取液(Eucalyptus leaf extract,EL)代替传统化学试剂制备绿色合成纳米材料,通过简单的方法将其修饰至电极表面,考察电极在经过改性后对MFC产电性能造成的影响,以期在提高产电效率的同时,降低MFC的成本。首先,通过绿色合成法成功制备还原氧化石墨烯(rGO),FTIR和XRD的结果表明EL能够代替化学还原剂,成功移除氧化石墨烯(GO)表面的含氧官能团;通过层层自组装法将rGO(或GO)修饰至碳刷电极表面,SEM、CV、EIS的结果表明与未修饰的电极和经GO修饰的电极相比,经rGO修饰后的电极表面具有粗糙的表面结构、更大的电容性和更小的活化阻抗(75.3 Ω);将三种电极作为阳极材料分别应用于铁氰化钾为阴极液的双室型MFC,发现以rGO修饰碳刷作为阳极的MFC具有最小的表观内阻(243.87 Ω)、最大的功率密度(18.77 W/m3)和最大输出电压(760mV)。因此,实验结果证明了桉树叶提取液绿色还原氧化石墨烯修饰MFC阳极能够改善阳极的生物相容性、提高电子传递速率、提高MFC的产电效率。通过一步法制备纳米铁/还原氧化石墨烯(Fe/rGO)复合材料,采用TEM、SEM、XPS、EDS和FTIR表征技术对比分析了复合材料Fe/rGO及其单一组分(Fe NPs和rGO)的表面微观形貌和组分差异,结果表明Fe NPs经rGO负载后颗粒变得规则,分散度明显提高,且经EL作用后材料表面的含氧官能团得以去除;通过CV、EIS、LSV和RDE等分析技术对Fe/rGO、Fe NPs、rGO和商品化Pt/C材料的催化活性和内阻进行分析,发现Fe/rGO复合材料有较好的ORR活性、较低的活化内阻(8.4 Ω)和较高的氧还原电子数(3.70);当Fe/rGO作为阴极负载材料时,MFC的最大输出电压和最大功率密度分别为580 mV和18.14 W/m3。因此,绿色合成Fe/rGO是一种能够代替Pt/C催化剂的廉价、高效的阴极负载材料。本文采用绿色合成法制备纳米材料并将其用于修饰电极,通过对MFC输出电压、功率密度等产电效率进行考察,结果表明本研究不仅推进了绿色合成法在纳米材料制备领域的发展,同时有效地提高了MFC的产电效率。本研究的成果有望在环境污染修复和解决能源危机方面得到推广与应用,对提高环境效益有一定实际和深远的意义。