哈爾濱工業(yè)大學(xué)微生物燃料電池研究團(tuán)隊

邱云峰

微生物燃料電池（Microbial Fuel Cells，MFCs）是一種環(huán)境友好型生物技術(shù)，利用電活性微生物消耗有機(jī)物并將代謝的電子傳遞至胞外陽極。MFCs運(yùn)行無需額外曝氣，具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，陽極室有機(jī)物降解速率快、礦化徹底，無需后續(xù)污泥處理流程，也可以同時處理陰極污染物，是一種具有重要應(yīng)用前景的污水處理和同步產(chǎn)能技術(shù)。然而微生物-電極微觀界面復(fù)雜，嚴(yán)重影響能量轉(zhuǎn)化效率，導(dǎo)致現(xiàn)有MFCs陽極的輸出功率仍然遠(yuǎn)低于其理論值。

哈工大劉紹琴教授團(tuán)隊在陽極微生物附著、電活性微生物富集和胞外電子轉(zhuǎn)移等方面開展了大量的研究工作。前期在Adv.Mater.雜志綜述了微生物-電極界面的作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)納米材料可以減小電極體電阻，與微生物或介體分子直接接觸后，可以提供豐富的電子傳遞路徑。團(tuán)隊在Adv.Mater.報道了FeS2/rGO高性能生物陽極，發(fā)現(xiàn)其良好的生物相容性，有利于細(xì)菌附著形成致密的生物膜，面功率密度達(dá)到了3.22W/m2，高通量測序顯示產(chǎn)電菌Geobacter的含量高達(dá)79%。近期利用三維貫穿孔道和雜原子摻雜碳結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了電極與細(xì)胞色素c或核黃素等介體分子之間的界面相互作用，促進(jìn)了核黃素的吸附和分泌，加速了電子轉(zhuǎn)移。結(jié)合理論計算，深入分析了微生物生理機(jī)能的提升和胞外電子的提取和傳遞機(jī)制，獲得了陽極結(jié)構(gòu)與組成的設(shè)計規(guī)律，為促進(jìn)MFCs裝置實(shí)用化提供了重要的理論和技術(shù)指導(dǎo)。

研究團(tuán)隊瞄準(zhǔn)新型生物能源裝置開發(fā)的重大需求，未來將在MFCs微生物-電極界面調(diào)控的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，以及MFCs堆棧設(shè)計和管控關(guān)鍵技術(shù)等應(yīng)用方面繼續(xù)探索，發(fā)揮哈工大百年工科積淀的優(yōu)勢，奉行“理工結(jié)合”的科研理念，為祖國建設(shè)培養(yǎng)滿足未來生物能源需求的創(chuàng)新型人才，打造引領(lǐng)生物能源發(fā)展的重要裝置。