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微生物燃料电池纳米纤维极材料的研究进展一、简述随着全球能源需求的不断增长和环境污染问题的日益严重，寻找清洁、高效的能源替代方案已成为全球科学家和工程师的重要课题。
微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells, MFCs)作为一种新型的可再生能源技术，因其具有高能量密度、低成本、无污染等优点，近年来受到了广泛关注。
然而MFCs的实际性能受到电极材料的影响，因此研究高性能电极材料对于提高MFCs的能量转换效率具有重要意义。
纳米纤维极材料作为一种新型电极材料，具有比表面积大、导电性好、机械强度高等优点，被认为是MFCs领域的一个重要研究方向。
近年来研究人员通过合成、改性等多种方法制备了一系列纳米纤维极材料，并在MFCs中进行了性能测试。
这些研究表明，纳米纤维极材料可以显著提高MFCs的电流密度和功率密度，同时降低电极材料的体积和重量，从而提高MFCs的性能。
此外纳米纤维极材料还具有良好的耐腐蚀性和生物相容性，有利于实现MFCs的长期稳定运行。
尽管纳米纤维极材料在MFCs领域取得了一定的研究成果，但仍面临着许多挑战，如纳米纤维的可控性不足、电极材料的稳定性差等问题。
因此未来研究需要进一步优化纳米纤维极材料的制备工艺，提高其性能稳定性，以满足MFCs的实际应用需求。
1. 微生物燃料电池的概述；微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)是一种利用微生物(如细菌、真菌等)作为催化剂，通过氧化还原反应将有机物转化为电能的新型能源设备。
自20世纪90年代以来，微生物燃料电池因其具有低成本、无污染、可再生等优点，逐渐受到学术界和工业界的关注。
近年来随着生物技术的发展，微生物燃料电池的研究取得了显著的进展，不仅在理论上得到了深入探讨，而且在实际应用中也取得了重要突破。
微生物燃料电池的核心部件是电极材料，其性能直接影响到电池的性能和稳定性。
因此研究和开发高性能、高稳定性的电极材料对于提高微生物燃料电池的能量效率和使用寿命具有重要意义。
檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲殘殘殘殘述评与讨论微生物燃料电池碳基阳极材料的研究进展王鑫1，李楠2，高宁圣洁1，周启星1（1．南开大学环境科学与工程学院环境污染过程与基准教育部重点实验室，天津300071；2．天津大学环境科学与工程学院，天津300072）摘要：微生物燃料电池是绿色废水处理新技术，在处理有机废水的同时实现了电能回收。
近10年来，该技术得到了快速发展，逐步由实验室研究向未来大型化应用的目标前进。
产电微生物附着的阳极是影响电池性能的关键，也是目前该领域研究的热点。
碳基材料成本低、导电性好且无生物毒性，是理想的阳极材料。
分别从二维碳基材料、三维碳基材料、纳米碳材料和碳基材料的预处理等方面介绍了阳极材料研究的最新进展，指出了材料的表面修饰（如表面氧化或连接官能团）和纳米碳材料的应用将成为未来微生物燃料电池阳极材料的研究重点。
关键词：微生物燃料电池；阳极材料；纳米材料；预处理中图分类号：X382文献标识码：B文章编号：1000－4602（2012）22－0005－04Research Progress in Carbon Anode Materials for Microbial Fuel CellsWANG Xin 1，LI Nan 2，GAO Ning-sheng-jie 1，ZHOU Qi-xing 1（1．Key Laboratory of Pollution Processes and Environmental Criteria ＜Ministry of Education ＞，Nankai University ，Tianjin 300071，China ；2．School of Environmental Science and Engineering ，Tianjin University ，Tianjin 300072，China ）Abstract ：Microbial fuel cell （MFC ）is a green technology that can treat organic wastewater andrecover electrical energy simultaneously．With the fast development in recent ten years ，the MFC has shifted from the laboratory research to the real application in the future．The anode to which exoelectro-genic bacteria are attached is significant to the performance of MFC ，and it is the hot spot of MFC re-search．Since the carbon material is inexpensive ，superior in conductivity and not biotoxic ，it is an ideal material for the anode．The progress in carbon material for MFC is reviewed in the following four aspects ：two-dimensional materials ，three-dimensional materials ，carbon nanomaterials and the pretreatment of carbon materials．The surface modification （such as surface oxidation or functionalization ）and the appli-cation of nanomaterials will be the hot spot in the future．Key words ：microbial fuel cell ；anode material ；nanomaterial ；pretreatment基金项目：国家自然科学基金资助项目（21107053、21037002）微生物燃料电池（Microbial fuel cell ，MFC ）是近10年来兴起的废物资源化绿色技术，它利用活体微生物作为催化剂将废水或废物中的化学能直接转化为电能，实现了废物处理同步资源化［1］。
微生物燃料电池构造研究进展微生物燃料电池基本原理是通过微生物催化剂在阳极与阴极之间进行电子传递，从而产生电能。
微生物燃料电池通常由阳极、阴极、离子交换膜、电子传导体等构成。
在阳极，有机化合物经过微生物氧化产生电子和质子，电子通过外部电路传导到阴极，质子则通过离子交换膜移动到阴极。
在阴极，氧气或其他电子受体接受电子与质子结合产生水。
通过这种电子传递和质子转移的过程，微生物燃料电池将化学能转化为电能。
微生物燃料电池的构造要素是实现电子传递和质子转移的核心。
阳极是微生物燃料电池的能量来源，需要选择合适的微生物催化剂。
常见的微生物催化剂有细菌、藻类等。
为了增大阳极的表面积，常采用三维电极材料，如碳纳米管、纳米颗粒等。
阴极则需要高效的电子传导体，一般采用铂等贵金属。
离子交换膜起到隔离阳极和阴极的作用，常采用阴离子交换膜或阳离子交换膜。
微生物燃料电池的研究进展涉及多个方面。
首先是微生物种类的研究，探索适合于微生物燃料电池的微生物催化剂，以提高电池的效率和稳定性。
同时，也需要研究微生物对不同有机物质的降解能力，以扩展微生物燃料电池的应用范围。
其次是电极材料的改进研究，探索新型电极材料，提高阳极表面积和电子传导效率。
减少或替代贵金属等昂贵材料，也是一个重要的研究方向。
此外，离子交换膜的研究也在不断进步，以提高质子转移效率和减少能量损失。
另外，微生物燃料电池的应用也不断扩展。
除了用于能源生产，微生物燃料电池还可以应用于环境修复、废水处理等领域。
通过微生物的降解作用，可将有机废物转化为电能，既减少了有机废物的污染，又实现了废物资源化利用。
此外，微生物燃料电池还可以应用于生物传感器、生物医学等领域，为相关领域的发展提供了新的可能性。
综上所述，微生物燃料电池作为一种环保、可持续发展的新型能源技术，受到了广泛的研究关注。
通过对微生物燃料电池的构造要素和研究进展的综述，我们可以看到这一领域的发展潜力和前景。
未来，还需要进一步深入研究微生物燃料电池的基本原理、构造要素以及应用前景，以推动微生物燃料电池技术的发展和应用综合来看，微生物燃料电池是一项具有巨大潜力的环保能源技术。
微生物燃料电池的研究进展与展望潘朝智;牛冬杰;黄慧;穆罕默德·阿里【摘要】微生物燃料电池(MFCs)作为一种新型的环境生物技术,因其能很好地将有机污染物处理和能源制备结合在一起而引起各国学者的广泛关注和研究.作者介绍了微生物燃料电池的工作原理,系统地从微生物、底物、电活性介体、电极构造、质子交换膜和反应器设计等方面阐述了微生物燃料电池的研究现状.针对微生物燃料电池今后的发展和规模化应用,提出了4个研究方向:新型阴极氧化剂的研制、MFCs过程模拟、厌氧-MFCs耦合、多个MFCs电池组性能.【期刊名称】《工业水处理》【年(卷),期】2010(030)012【总页数】6页(P15-20)【关键词】微生物燃料电池;产电微生物;电子传递;底物;质子交换膜【作者】潘朝智;牛冬杰;黄慧;穆罕默德·阿里【作者单位】同济大学环境科学与工程学院,上海,200092;联合国环境规划署-同济大学环境与可持续发展学院,上海,200092;同济大学环境科学与工程学院,上海,200092;联合国环境规划署-同济大学环境与可持续发展学院,上海,200092;教育部长江水环境重点实验室,上海,200092;同济大学环境科学与工程学院,上海,200092;同济大学环境科学与工程学院,上海,200092;联合国环境规划署-同济大学环境与可持续发展学院,上海,200092【正文语种】中文【中图分类】TM911.45微生物燃料电池（MFCs）是一种利用微生物的催化，将储存于有机物的化学能转换为电能的装置。
其构造及工作原理示意如图1所示。
该装置由阳极区、阴极区和外接负荷组成。
阳极区通过在厌氧条件下投加微生物和有机底物以维持反应器的运行及微生物的生长。
有机物在阳极被分解成二氧化碳、电子、氢离子。
电子由阳极经外部电路传导至阴极；氢离子从阳极区经电池内部传递到阴极区。
在阴极区，氧化物（一般为氧气）、电子、氢离子反应生成还原物。
微生物燃料电池构造研究进展微生物燃料电池构造研究进展微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一种利用微生物代谢活性将有机物（如废水、污泥等）转化为电能的技术。
该技术的发展为废弃物的处理和能源获取提供了一种新颖的途径。
近年来，微生物燃料电池在研究和应用中取得了一系列的进展。
首先，关于微生物燃料电池构造的研究重点主要包括电极材料、微生物群落和电子中介物的选取等方面。
电极是微生物燃料电池的重要组成部分，其材料的选择直接影响到能量转化效率和稳定性。
常用的电极材料包括碳纳米管、氧化物和导电聚合物等，这些材料具有良好的导电性和生物相容性。
同时，为了提高电极的催化活性，研究人员还引入了纳米颗粒、催化剂等辅助材料，进一步提高电极的性能。
其次，微生物群落在微生物燃料电池中起到了重要的作用。
选择合适的微生物能够提高电子转移效率和电能输出。
其中，传统的微生物群落主要包括脱氢菌和电化学活性菌等。
脱氢菌通过酶的作用将有机物氧化为电子和质子，而电化学活性菌则利用电子和质子来还原氧化剂，完成电路中的电子传递。
最近，一些研究者正在探索采用基因工程方法改造微生物群落，以进一步提高微生物燃料电池的性能。
如利用基因工程技术，可以使微生物产生更多的电子中转蛋白，从而增加电极和电子转移酶之间的接触面积，提高转移效率。
第三，电子中介物的选择对微生物燃料电池的效率也有重要影响。
传统的电子中介物主要是存在于电极材料上的红外物质。
这些红外物质能够帮助电子从微生物细胞中释放出来，并在电极表面进行直接传递。
但是，这些电子中介物的使用可能存在环境污染的问题。
因此，研究人员开始探索更加环保和可再生的电子中介物。
如最近的研究表明，微生物本身也具有一定的电子传导能力，因此可以利用微生物自身来完成电子传递，减少对传统电子中介物的依赖。
此外，还有一些研究致力于提高微生物燃料电池的稳定性和可持续性。
长期运行过程中，微生物燃料电池常常会受到微生物代谢活性的下降和电极材料的腐蚀等问题。
山西大学研究生学位课程论文（2013 ---- 2014学年第学期）学院（中心、所）：专业名称：课程名称：高等环境微生物论文题目：微生物燃料电池的研究进展授课教师（职称）：研究生姓名：年级：学号：成绩：评阅日期：山西大学研究生学院2014年月日微生物燃料电池的研究进展学生：指导老师：摘要：微生物燃料电池作为一种可再生能源是当下的一个研究热点。
本文从微生物燃料电池的由来，原理，分类，研究方向，应用前景等方面对微生物燃料电池做了一大致的概述。
介绍了几种主要的燃料电池细菌。
关键字微生物燃料电池随着全球化石油燃料的减少和由此产生的温室效应的加剧，一种清洁高效的能源走进了人们的视野，它便是微生物燃料电池。
微生物燃料电池(Microbiological Fuel Cells)并非刚刚出现的一项技术，早在1910年，英国植物学家马克·比特首次发现了细菌的培养液能够产生电流，于是，他用铂作电极，将其放进大肠杆菌和普通酵母菌培养液里，成功制造出了世界第一个微生物燃料电池。
利用微生物的作用进行能量转换(如碳水化合物的代谢或光合作用等)，把呼吸作用产生的电子传递到电极上，这样的装置叫微生物燃料电池。
用微生物作生物催化剂，可以在常温常压下进行能量转换。
[1]纵观微生物燃料电池的发展历史，经历了几种形式的变革[2]。
早期的微生物燃料电池是将微生物发酵的产物作为电池的燃料，如从家畜粪便中提取甲烷气体作为燃料发电。
20世纪60年代末以来，人们将微生物发酵和制电过程合为一体。
20世纪80年代后，由于电子传递中间体的广泛应用，微生物燃料电池的输出功率有了较大提高，使其作为小功率电源而使用的可行性增大，并因此推动了它的研究和开发。
2002年后，随着直接将电子传递给固体电子受体的菌种的发现，人们发明了无需使用电子传递中间体的微生物电池，其中所使用的菌种可以将电子直接传递给电极。
由于微生物燃料电池能够长时间提供稳定电能，所以它在诸如深海底部和敌方境内的军事装备这些“特殊区域”具有潜在用途．近年来，微生物燃料电池的研究受到了广泛关注。
微生物燃料电池电极的研究进展发布时间：2021-05-25T03:26:42.511Z 来源：《中国科技人才》2021年第7期作者：陈传杰[导读] 社会的不断发展让能源和环境等问题日益突显，传统的污水处理工艺环境和经济效益低，因此需要一种需要一种可以在处理废水的同时获得能源的工艺，而为微生物燃料电池就是满足要求的工艺其中的一种。
东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳 110819摘要：微生物燃料电池在处理废水的优势和电池阴阳极的研究进展情况并展望其发展前景。
关键词：微生物燃料电池；电池阴阳极；发展前景社会的不断发展让能源和环境等问题日益突显，传统的污水处理工艺环境和经济效益低，因此需要一种需要一种可以在处理废水的同时获得能源的工艺，而为微生物燃料电池就是满足要求的工艺其中的一种。
影响微生物燃料电池的产电强弱因素很多，其中电极的影响很关键，关系到微生物电量的转换强弱与回收效率，所以研究电池的各种电极使污水的降解效果和经济利益达到最大化，是污水处理理念的重要进步，使得MFCs技术的发展前景更加不可估量，为其商业化提供了理论指导。
1 MFC在污水处理中的优点MFC在污水的处理上其工艺和技术与传统的废水处理相比，其特点有以下几点：（1）不产生二次污染。
MFC在对污水中的有毒有害的物质进行处理时，是依靠微生物的代谢，而生物代谢产物一般是水与二氧化碳，这些物质对环境没有损害可以直接排放到换进中：（2）电能转换效率高。
将反应物有机质的化学能直接转换为电能，是一种电子的传递过程，能量损失很低：（3）不用外加能量输入。
微生物的代谢不需要人为干预就可以稳定进行，外加能量有可能会有相反的效果：（4）条件温和。
反应在常温常压下就可以进行，而且电池的操作和维护成本低。
（5）原料广泛。
一般情况下燃料电池只能利用有机物，而MFC不光可以利用各种有机物来产生电能还可以利用各种无机物甚至是光和作用的产物，和微生物的代谢产物等产电。
由于MFC的以上特点，使得在废水的处理过程中具有优秀的应用前景，研究其影响因素是解决当今环境和能源问题的重点。
微生物燃料电池的电解质与电极材料研究微生物燃料电池是一种利用微生物在电化学反应中产生能量的新型能源技术，具有环保、可再生、高效等优点，因此在能源领域备受关注。
而电解质与电极材料作为微生物燃料电池的重要组成部分，对其性能起着至关重要的作用。
电解质是微生物燃料电池中起着导电和离子传导作用的关键材料。
在微生物燃料电池中，电解质能够有效地促进离子的传输，从而实现电子传输和能量转化。
因此，合适的电解质对微生物燃料电池的性能有着重要的影响。
在近年来的研究中，各种新型电解质材料被提出并得到应用，比如离子液体、聚合物电解质等。
这些新型电解质材料具有导电性好、离子传导率高、稳定性强等优点，有望进一步提高微生物燃料电池的性能。
电极材料是微生物燃料电池中承载催化反应和电子传输的重要组成部分。
优秀的电极材料能够提高微生物燃料电池的催化效率和电子传输效率，从而提高电池的发电性能。
目前，常见的电极材料包括碳材料、金属氧化物、金属材料等。
其中，碳材料由于其丰富的表面官能团和导电性能，在微生物燃料电池中得到广泛应用。
同时，金属氧化物和金属材料因其优异的催化性能和稳定性也备受青睐。
未来，开发更加高效和稳定的电极材料将是微生物燃料电池研究的重点方向。
此外，微生物选择性压缩成燃料并通过完整的氧化还原循环释放电能有利于形成一个在燃料链中形成从生物酸到有机物再到电子的过程。
这种机制允许将裂解源与微生物规模的存储单元有效地结合在一起，通过更少的操作，更少的中间产品，而更多地关注电子传输的基础机制。
在微生物燃料电池的研究中，电解质与电极材料的选择与设计是一个至关重要的环节。
合理选择和设计电解质与电极材料可以提高微生物燃料电池的性能，实现更高效的能量转化。
因此，未来的研究将继续致力于开发新型、高效的电解质与电极材料，以推动微生物燃料电池技术的发展，为清洁能源领域做出贡献。
微生物燃料电池的研究和应用微生物燃料电池是近年来备受关注的一项颇具潜力的清洁能源技术。
它利用微生物的代谢活动将有机废弃物转化为电能，不仅具有环保、可再生的特点，还可以从废物中回收能源。
本文将从研究和应用两个方面来探讨微生物燃料电池的发展。
一、微生物燃料电池的研究1.1 微生物燃料电池的基本原理微生物燃料电池以微生物为媒介，将废弃物中的有机物质通过微生物的代谢活动转化为电子。
它利用了微生物的生物电化学反应，通过氧化废弃物中的有机物质，将其转化为电子和质子。
微生物使用特殊的酶来催化这些反应，将有机物质转化为二氧化碳和电子，电子则在电极上流动，产生电流。
这样就实现了能量的转化和回收。
1.2 微生物燃料电池的研究进展微生物燃料电池的研究已经取得了一些重要的进展。
科研人员不断改进电极材料和微生物种类，以提高微生物燃料电池的性能和效率。
一些新型电极材料，如天然石墨烯和金属有机骨架材料，具有更好的电导性和催化性能，可以促进微生物燃料电池的反应速率。
此外，研究人员还发现了一些新型的电转移体系，可以增强微生物和电极之间的电子传输效果。
二、微生物燃料电池的应用2.1 微生物燃料电池在环境污染治理中的应用微生物燃料电池可以将有机废弃物转化为电能，为环境污染治理提供了一种创新的方法。
传统的废弃物处理方法可能会产生二氧化碳和其他有害物质，而微生物燃料电池可以将有机物质完全转化为电能和无害的气体。
这样不仅减少了废弃物的排放，还产生了电能用于其他用途，减少对传统能源的需求。
2.2 微生物燃料电池在能源回收利用中的应用微生物燃料电池可以将废弃物中的有机物质转化为电能，实现能源的回收利用。
在农村地区或偏远地区，由于缺乏传统能源供应，微生物燃料电池可以成为一种非常有前景的能源解决方案。
通过收集并处理有机废弃物，可以提供可再生的电力供应。
此外，微生物燃料电池还可以在生活垃圾处理过程中提供有价值的资源回收，如有机肥料的产生。
2.3 微生物燃料电池在生物传感器中的应用微生物燃料电池还可以应用于生物传感器领域。
微生物燃料电池技术的研究进展近年来，随着环境污染日益加重，新能源技术正逐渐成为一种热门话题，微生物燃料电池技术就是其中之一。
微生物燃料电池技术是将生物体内的微生物进行利用，将其通过化学反应转化为电能供应器械使用，从而达到绿色环保的效果。
本文将从微生物燃料电池技术的原理、分类、应用以及未来发展方向四个方面来展开讨论。
一、微生物燃料电池技术的原理微生物燃料电池技术利用了微生物代谢的特性。
微生物在代谢过程中会产生电子，一般情况下，电子会释放到自由基、分子中去而形成较为稳定物质。
而微生物燃料电池技术便是通过掌握微生物代谢过程，将电子提取出来，并将其动员起来进行反应，从而产生电力。
具体而言，微生物燃料电池技术是利用微生物菌种代谢的产物如电子、氢离子、酸碱度等，与电极发生反应。
通过微生物与电极之间的媒介物质，在电极表面上形成微生物薄膜，将微生物的产物输入到电极中，从而形成电流，达到发电的效果。
二、微生物燃料电池技术的分类微生物燃料电池技术按照其所涉及的电极，可分为两类：阳极和阴极微生物燃料电池。
阳极微生物燃料电池，是指利用微生物对有机物进行氧化反应，并通过自由电子将反应生成的电子输送至阳极表面。
此类微生物燃料电池的主体为桶状结构，包括有机物质源、阳极、媒介和微生物等组件。
这种类型的微生物燃料电池技术多用于废水处理工程中。
阴极微生物燃料电池，是指利用微生物还原没有质子的化合物，将产生的电子由阴极输送到外部电路，以使电池发出电流。
与阳极微生物燃料电池不同，阴极微生物燃料电池是一种氧还原反应（ORR）技术。
酸碱性阴离子交换膜（AEM）被用作阴极颜料分解电解池的膜，以便于质子渗透到阳极以维持电荷平衡，而电子则流经外部电路。
这种类型的微生物燃料电池技术多用于废气处理工程中。
三、微生物燃料电池技术的应用微生物燃料电池技术在实际工业应用中具有广泛的应用前景。
1. 废水处理：微生物燃料电池技术具有优秀的废水处理效果。
利用微生物燃料电池技术处理废水可以在一定程度上降低传统废水处理的运行成本，改善处理效果。
微生物燃料电池电极材料的研究进展作者：***北京化工大学化学工程学院，北京*联系人，E-mail:********@摘要微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是将有机物转化为电能的装置，而电极材料对微生物燃料电池的产电性能起着重要作用。
本文简单介绍了微生物燃料电池的发展历史及工作原理，详细说明了各种微生物燃料电池电极材料的结构特点、产电性能及应用情况。
最后，对微生物燃料电池的应用前景做出展望。
关键词：微生物燃料电池，电极材料，产电性能微生物燃料电池是一种利用微生物将废水中的有机物转化为电能的装置。
早在1911年，英国杜伦大学植物学家M.C.Potter首先发现微生物具有产电功能，提出了微生物燃料电池这一概念。
但是由于当时微生物燃料电池发展地十分缓慢。
直到20世纪80年代，伦敦皇家学院的M.J.Allen和H.Peter Bennetto对最初的微生物燃料电池做出来一系列变革性的改进，最终形成了沿用至今的微生物燃料电池基本模型。
到了20世纪90年代，燃料电池产生新的突破，韩国科学技术研究院的研究员B-H.kim发现某些物种的细菌具有电化学活性，这意味着微生物燃料电池将不用介质就能将电子转移到阳极。
发展至今，微生物燃料电池越发受到科研工作者的重视，因为与其他有机产能技术相比，在操作和功能上，微生物燃料电池都具有明显的优势，比如说它既能保证能量转化的高效率，而且工作条件温和，因为产物大多数为Co2等无害气体，所以又不需要进行废气处理。
但是微生物燃料电池由于产电量小，产电性能不够高等因素影响其进行大规模产业化，当我们能做到微生物燃料电池大规模产业化时，对能源短缺的形势会带来意想不到的福音。
本文对微生物燃料电池电极材料进行了综述，尽量全面的介绍最新的有关燃料电池电极材料的研究。
1微生物燃料电池的基本工作原理微生物燃料电池依据氧化还原反应原理。
如图1所示，在阳极室，有机燃料被氧化失去电子并且产生质子，电子直接或间接到达阳极材料，然后通过外电路到达阴极形成电流，而质子通过质子交换膜到达阴极室，然后氧化剂在阴极的电子被还原。
虽然只是简单的氧化还原反应，在其间存在较为复杂的电子转移问题，根据电子转移方式不同可把微生物燃料电池分为直接微生物燃料电池和间接微生物燃料电池。
直接微生物燃料电池燃料在电极上氧化，电子从燃料分子直接到电极上，此时，生物催化剂催化在电极表面的反应，而间接微生物燃料电池是有机燃料在电解质溶液或者其他地方被氧化，通过一些介质的传递作用才使电子运输到电极上，这些有电子传递作用的介质叫做介体，在微生物燃料电池的研究中具有重要意义。
图1MFC工作原理2微生物燃料电池电极材料2.1阳极材料在微生物燃料电池中阳极材料是转移有机燃料分解释放的电子到外电路的枢纽。
所以，阳极材料对微生物燃料电池的产电性能有至关重要的作用。
理想的微生物燃料电池的阳极材料应该具有尽可能好的吸附电子的能力和导电性能。
此外，微生物燃料电池的阳极还作为阳极室产电微生物的依附位置，起着富集具有电化学活性微生物的作用。
改变阳极材料的种类和形状都对阳极材料的功能产生影响，以下介绍几种较阳极材料包括发展较为成熟的，也有新近才发展起来的。
2.1.1碳材料碳材料包括天然石墨电极和人造石墨电极，但一般微生物燃料电池中用到的是人造石墨电极。
它很早就被应用于微生物燃料电池中当做阳极材料，这得益于碳电极多空的结构和高纯度、耐腐蚀、价格低等优点。
由于其多空化，所以比表面积很大，有益于微生物的富集，也适合电子在其中转移。
目前主流的炭电极材料是碳棒，碳布等，但是以炭纤维为基体的多空炭电极发展很迅速。
例如，石墨刷电极由碳纤维构成，具有耐受腐蚀的金属核心，它的巨大的比表面积和多空结构赋予它高的能量密度，也就是这些特性使它们在微生物燃料电池系统中能按规模放大【1】。
我们还可以用纳米碳材料作为微生物燃料电池的阳极材料。
纳米碳材料作为传统碳材料的一种发展和衍生，不仅继承了碳材料化学稳定性、导电性、生物相容性较好的普遍优点，同时具有更大的表面积有利于产电菌的附着，为胞外电子直接传递过程提供了更多的接触位点[2]。
石墨烯电极也是很好的碳材料电极，它具有比表面积大，导电性优异，机械活性好，电催化活性高等优点。
也正是由于石墨烯优异的导电性和大的比表面积以及好的生物相容性，加强了微生物与电极间的电子传递，增大了活性面积，利于生物膜的形成从而显著提高了电池的功率输出【3】。
除了石墨烯之外，碳纳米管也是很好的阳极材料，比如说，碳纳米管、活性炭以及柔性石墨作为阳极微生物燃料电池最大产电功率密度分别为402、354和274mW/m2,其中碳纳米管阳极产电功率密度最大。
碳纳米管、活性炭以及柔性石墨作为阳极的微生物燃料电池内阻分别为263、301和381Ψ,利用碳纳米管可以降低电池的阳极内阻和欧姆内阻[4]。
2.1.2导电聚合物导电聚合物可以进行分子结构的设计，还可以进行掺杂和脱掺杂。
作为新型的电极材料，导电聚合物具有质量轻，稳定性好，电阻率在较大范围内可以调节的特点。
因此，导电聚合物能成为微生物燃料电池带来性能优良的电极材料。
比较常见的导电聚合物有聚苯胺和聚吡咯。
可以通过电化学聚合方法和化学合成方法来合成聚苯胺。
通过对聚苯胺和聚(aniline-co-o-aminophenol)(PAOA)被用来修改碳毡阳极和改性阳极的物理和化学性质进行研究，修改后的阳极的输出功率和生物多样性,与未修改的炭电极相比，分别增加了35%和18%【5】。
由于聚苯胺的高电导率，掺杂态和掺杂的环境稳定、易于合成、价格低廉等特点，它非常适合做微生物燃料电池阳极材料。
与聚苯胺相似，也可对聚吡咯进行掺杂后再进行修饰。
还有人用石墨烯和聚吡咯复合材料，借助两组分间的协同作用可以改善单组份石墨烯和聚吡咯的电化学方面的性质，来增强其电化学效应，使得石墨烯/聚吡咯复合材料在生物燃料电池中有出优良特性。
纳米导电聚合物是一种新型电极材料，具有质量轻、稳定性高、电阻率可调等优点。
所以当把它运用于微生物燃料电池阳极时，其多空化和优异的导电性能使电池的发电效率得到显著提高。
Zhao等[6]对比考察了S.loihica PV-4分别在以ITO电极、聚苯胺薄膜修饰的ITO电极以及聚苯胺纳米纤燃料电池的阳极时，维修饰的ITO电极为阳极MFC中的产电性能，研究结果发现导电聚合物修饰后的ITO电极产生的电流和功率密度高于ITO裸电极，且纳米结构聚苯胺修饰的ITO电极产生的电流和功率密度显著高于聚苯胺薄膜修饰的ITO电极。
2.1.3金属化合物修饰阳极因为有些金属化合物具有较高的催化活性，可以提高微生物细胞与阳极间的电子转移能力，除此之外，阳极的电流量和产电效率会大大提高。
Park等[7]以Shewanella putrefucians为产电微生物、乳酸为燃料，利用自制的Mn4+-石墨阳极(石墨、锰、镍、粘合剂)得到10.2mW/m2的输出功率，而未经修饰的石墨电极的输出功率仅为0.02mW/m2。
以活性污泥为产电菌，以乳酸、蛋白胨和酵母提取物为燃料，修饰阳极的输出功率达788mW/m2，未经处理石墨阳极的输出功率为0.65mW/m2。
从中可以看出金属化合物修饰的阳极做成的微生物燃料电池比未经处理的石墨做成的电池输出功率高。
2.2阴极材料在微生物燃料电池中，阳极产生的电子通过外电路到达阴极，阳极室的质子通过质子交换膜到达阴极材料附近，然后质子和电子与氧化剂如氧气，氰化钾等相遇，电子受体得电子被还原。
一般来说，氧化还原的速度直接决定了微生物燃料电池产电能力，所以用催化效果好的阴极材料显得至关重要。
传统的微生物燃料电池一般采用金属铂催化剂，但是由于它价格昂贵，很多研究都转向了非贵金属氧化物催化剂的研究。
因为非贵金属氧化物价格低廉，来源较广，所以它们被广泛应用于燃料电池中。
在综合比较电化学催化性特别是还原催化性的高低后，研究着发现锰的氧化物、钛的氧化物等具有优良的催化活性。
Wang等【8】采用裂解铁乙二胺四乙酸作为阴极催化剂，这种催化剂是在有氩气的情况下，使混合有铁螯合的乙二胺四乙酸的碳热解得到的，用这种催化剂替换Pt，发现其最大功率能达到1122mW/m2，与Pt/C阴极得到的最大功率（1166 mW/m2）相近，说明这种催化剂也具有很好的催化活性，基本能达到Pt催化剂的效果。
除了非贵金属氧化物可以作为微生物燃料电池的阴极，过渡金属大环络合物，如，热解酞菁铁、四甲基苯卟啉钴等具有较好的催化活性，但其稳定性不高、制备过程复杂，实用性不强。
当然，我们还要考虑阴极材料的可再生性和环境友好性。
下文介绍几种用于微生物燃料电池主流的阴极材料。
2.2.1铂基催化剂在微生物燃料电池中对铂基催化剂的研究很早就开始了。
因为铂基催化剂具有很高的电催化效应，因此在研究者发现新的电极材料时通常会把它的电催化性能与铂基催化剂相比，来判断它催化效果好不好。
一些研究者把铂催化剂制成纳米级颗粒，既可以减少电池成本，又可以提高催化剂的比表面积。
但是这并没有扭转铂由于它的价格很昂贵造成的缺点，加上电池长期运作后，铂催化剂会失活，更增加了电池的制造成本，所以金属铂催化剂的应用受到了很大的限制。
所以在不影响微生物燃料电池产电性能的情况下，进一步提高贵金属的利用率或研制新型的取代铂及基于铂合金的催化剂具有重要的意义。
2.2.2非金属氧化物催化剂Morris 用Pbo 2代替铂阴极催化剂，取得了让人满意的结果。
电池的最大功率提高了二到四倍，成本降低了二到十七倍。
但是Pbo2的毒性很强，易发生渗透，这一缺点限制了铅的氧化物作为电极的广泛应用。
非金属氧化物Tio 2和Mno 2是很好的催化材料，完全可以替代Pbo2。
Tio2熔点低、介电常数高、无毒、化学性质稳定、氧化还原性强等优点。
它已经被广泛应用于除臭、杀菌、污水处理等领域。
当我们把二氧化钛引入微生物燃料电池电极材料时，发现它的催化活性很好。
可能是由于：①阴极中Tio2受到波长小于387nm 的光照射后，吸收具有足够大能量的光子，随后纳米Tio2价带中的电子被激发到导带，在价带上留下空穴，形成高活性的电子－空穴对；②一部分光生电子－空穴对发生复合，一部分光生电子－空穴对分离，向Tio2光催化剂表面迁移；③分离的光生空穴与水反应产生氧气和氢质子，且低能量价带上的光生空穴具有较强的还原性，易于在释放导带上光生电子的同时接收电子，减少了电子受体数量，增加了电子与最终电子受体氧气结合的可能行，最终提高了电池本身潜在电能产生电量即提高了电池的性能。
Lu 等[9]以涂载了Tio2的石墨板为阴极电极，分别比较了可见光照射和黑暗条件下阴极负载Tio2的微生物燃料电池性能，并进一步与铂电极和石墨电极性能进行了对比，其功率密度比石墨阴极MFC 高230%，低于阴极负载铂催化剂MFC 的功率密度。
