为了改善微生物燃料电池（MFCs）的性能，阳极由于对细菌附着和细胞外电子转移（EET）的影响而成为突破点。另一方面，碳材料具有以下特征：低成本，丰富的自然丰度，良好的热和化学稳定性以及可调节的表面性质和空间结构。因此，在过去的几年中，碳纤维材料和碳基复合材料在MFC的阳极领域蓬勃发展。
有鉴于此，香港城市大学张其春教授、郑州大学李朝辉教授和Rong‐Bin Song等人，从碳材料的组成和结构上的差异，系统总结了用于MFC阳极装饰的主要碳材料。此外，还概述了MFC中基于碳材料的混合生物膜和经碳材料修饰的外生电子，并讨论了已知的策略和机制，以提高基于碳材料的阳极的细菌宿主能力、EET效率和MFC性能。最后，还阐述了主要挑战以及一些探索性建议，以为MFCs中碳材料基负极的未来发展提供一些指导。
本文要点
1）重点介绍了在MFC中用于改善性能的碳材料基阳极。一方面，碳材料已被用作细菌栖息地的阳极材料。在这类碳材料中，碳纳米管和石墨烯是最常见的研究对象。然后，采用了一些增强策略，包括引入3D多孔结构，杂原子和其他种类的纳米材料（金属，金属有机化合物和导电材料），以扩大表面积并丰富碳材料的表面性质，以提高其细菌宿主能力和EET效率。此外，这些增强策略也被用于开发具有更好性能的新型碳材料，如三维大孔杂原子掺杂碳材料、碳基三元复合材料。另一方面，鉴于阳极材料上的低电池密度，已经提出了混合生物膜的概念作为MFC阳极。碳纳米管和石墨烯及其复合材料的混合生物膜被创建，从而提高了EET效率，并有望获得更高的细胞密度。此外，单细胞表面修饰技术已用于确保杂化生物膜中的每个细菌细胞都能与碳材料形成良好的接触，从而获得最佳的EET效率。
2）尽管这些复杂的碳材料和精细的混合生物膜在MFC的性能方面取得了长足的进步，但对MFC的碳基阳极的研究仍未涉及许多方面。将来，研究可以更多地集中在以下方面：（1）加强对MFC的碳基杂化生物膜的研究。（2）探索新一代碳基阳极，以将MFC与其他与能源相关的系统集成在一起。（3）揭示了碳材料基阳极与MFC长期稳定性之间的关系。
参考文献：
Xiaoqi Fan et al. Carbon material‐based anodes in the microbial fuel cells. Carbon Energy, 2021.
DOI: 10.1002/cey2.113
https://doi.org/10.1002/cey2.113
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