成果简介
优化电极材料的结构是设计高功率微生物燃料电池（MFCs）的有效策略之一。然而，目前电极材料存在一系列限制MFCs输出的缺点，例如高固有电阻、较差的电解质润湿性和低微生物负载能力。本文，天津大学冯奕钰教授、宋浩教授、封伟教授等研究人员在《Energy & Environmental Materials》期刊发表名为“Three-dimensional N-doped carbon nanotube/graphene composite aerogel anode to develop high-power microbial fuel cell”的论文，研究合成了一种三维 (3D) 氮掺杂多壁碳纳米管/石墨烯 (N-MWCNT/GA) 复合气凝胶作为 MFC的阳极。比较氮掺杂的GA、MWCNT/GA 和 N-MWCNT/GA，平均孔径为 4.24 µm 的大孔亲水性 N-MWCNT/GA 电极能够实现微生物的高密度负载，并以低固有反抗。因此，N-MWCNT 的亲水表面可以产生高电荷迁移率，实现 MFC 的高功率输出性能。因此，基于 N-MWCNT/GA 阳极的 MFC 系统的峰值功率密度和输出电压为 2977.8 mW m-2和 0.654V，分别是 MWCNT/GA 的 1.83 倍和 16.3%。这些结果表明，通过优化其化学和微观结构，可以为不同环境中的高功率 MFC开发3D N-MWCNT/GA阳极。
图文导读
图1、 N-MWCNT-GA中电子转移机制示意图
图2（a）N-MIWCNT-GA、（b）GA、（c）MWCNT-GA和（d）N-GA的SEM图像，（e）N-GA和（f）N-MIWCNT的TEM图像
图3、BET和BJH测试结果。制备样品的孔径数据图和拟合曲线
图4.（a）N-GA、GA、MWCNT/GA、N-MWCNT/GA和GO的FTIR光谱。（b） N-GA、GA、MWCNT/GA、N-MWCNT/GA和GO的XRD图谱。（c） N-GA、MWCNT/GA、GA、N-MWCNT/GA和GO的拉曼光谱。（d） N-MWCNT/GA 的N1s XPS光谱。（e）N-GA 的N1s XPS光谱。（f）制备样品的接触角。
图5、（a） 电池电压和电流密度曲线，（b）功率密度和电流密度，（c）N-GA、MWCNT/GA、GA和N-MWCNT/GA的演化输出电压，（d）拟合N-GA、MWCNT/GA、GA和N-MWCNT/GA的Nyquist图，以及（e）基于表1中的信息将功率密度与之前的研究进行比较
文献：https://doi.org/10.1002/eem2.12373
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