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为了解决能源危机，一些新型的能源一直在被探索。微生物燃料电池(MFC)作为一种有前景的新的清洁能源科技一直被广泛研究，它是通过利用产电微生物将生物能转化为电能。但由于其产电性能相对较低，所以，如何提高空气阴极的性能是微生物燃料电池领域迫在眉睫的问题。 活性炭由于拥有低价，易操作，以及达标的催化性能等特点，使其成为了重要的空气阴极材料，但是单纯的活性炭的空气阴极MFC性能仍然较低，所以如何修饰活性炭提高空气阴极的性能成为研究的瓶颈问题。目前，已经有两种方法来修饰活性炭从而提高其催化性能，一种有效的做法是利用杂原子（如氮元素，磷元素通过热处理或化学处理）的修饰，另一种就是通过非贵重金属掺杂修饰活性炭。 本论文研究如下: 本论文研究了Co3O4(包括商业Co3O4和经水热法制备的纳米尖晶石Co3O4)以不同的比例(5％，10％，15％)和NiCo2O4，与活性炭掺杂来提高微生物燃料电池的产电性能。含量为10％的纳米Co3O4达到的最大功率密度为1500mW·m-2，这分别比空白活性炭空气阴极和商业Co3O4空气阴极的最大功率密度高出了97.36％和41.24％。纳米Co3O4通过X射线衍射(XRD)，扫描电镜(SEM)以及透射电镜(TEM)来分析物质结构。其电化学性能测试表明了纳米Co3O4会产生高的电化学性能是由于在氧还原反应中反应动力活性的提高以及电子转移机理是四电子转移机理，并且其内阻下降也比较明显。因此，纳米Co3O4在微生物燃料电池空气阴极中是比较优秀的催化剂。 通过水热法制备海胆状纳米NiCo2O4，将制备出的纳米海胆状NiCo2O4以不同比例修饰活性炭作为生物燃料电池的空气阴极，其达到最大功率密度为1730mW·m-2，这是空白活性炭最大功率密度的2.28倍，甚至与商业的Pt/C相接近。被修饰的活性炭表现出了明显的氧还原反应速率的提升，这是因为其具有更低的电子转移电阻，更低的活性阻力以及更高的交换电流密度。电化学表征表明了纳米海胆状的NiCo2O4修饰活性炭后，其氧还原反应是更为直接的四电子转移而不是活性炭的两阶段的反应过程。这说明非贵重金属氧化物NiCo2O4可以作廉价的催化剂。 本论文具体分析包括了:线性扫描伏安曲线(LSV)，EIS电化学阻抗，Tafel性能测试，扫描电镜分析(SEM)，透射电镜分析(TEM)，物理吸附比表面积分析(BET)，旋转圆盘测试(RDE)，XPS，X射线衍射(XRD)分析。通过系统的分析，可得知随着电化学阻抗的降低和Tafel反应动力学的提高以及活性炭掺杂的物质表面多孔有助于活性点位的附着，使得修饰后的活性炭空气阴极性能更好。