MFC的阳极，用刷子很好。但刷子并不是唯一的阳极形式，因为在有些时候，比如要极大减小两极间距（如阴阳极与膜组成的三明治构型），由于刷子尺寸的限制，我们就需要使用二维的阳极。目前二维电极大家都在使用E-TEK的B1A-R Carbon Cloth，价格每平米在$100~1000左右。前一阵子我发过一个帖子，BASF（E-TEK）已经停产了该类型的碳布。考虑到未来的大规模应用，我们需要一种更加廉价的替代材料，当然碳基材料因为其高电导率、抗生物腐蚀是首选。这次我们做的是国产的一种碳纤维布，论文里叫Carbon Mesh。这种材料非常便宜，在阿里巴巴类似的地方都能找到，每平米价格不超过$25。为什么这种碳布这么便宜呢？我觉得，一方面是因为它的编制工艺比较粗糙，孔隙较大；另一方面，碳纤维的基体成分不纯，表面含碳量仅有80%左右。这种碳纤维布本来是用于加固的（如高尔夫球杆、飞机机翼……），工业化生产并不关心表面碳的含量。但是BASF的碳布是给Fuel Cell提供的，纯度可想而知，我测到的表面含碳量超过95%。

言归正传，在这篇论文里，我们对比了这种碳纤维布和氨处理的BASF碳布作为MFC阳极材料时的功率输出。针对这类碳纤维布，我们使用了几种简单的碳纤维预处理方法，包括丙酮浸泡清洗、空气灼烧以及氨处理。丙酮浸泡清洗就是为了去掉纤维表面的胶质，当然泡完了一定别忘了用DI Water洗干净。空气灼烧是本论文的一个卖点，即在丙酮浸泡的基础上，将Mesh放入马弗炉，空气中450度灼烧30分钟（大家可以回头试试，好用的话别忘了引我的论文J）。氨处理Shaoan师兄报道过了，即NH3气氛下隔绝氧气加热一小时。实验使用生活污水接种，发现不经任何处理的Mesh产电很低。丙酮浸泡能够获得624mW/m2的功率输出，加热能将power提高19%，而氨处理能使功率提高28%，氨处理的Mesh要比BASF的Carbon Cloth高一点。使用MFC出水接种的MFCs功率大小顺序跟生活污水接种的MFCs相同，但整体性能都要好一些，各种预处理的差异也小一些。

论文的另一个卖点是使用了亚铁氰化钾循环伏安法比较各种阳极的电化学活性表面积和电极表面的传递系数。结果发现不处理的Mesh表面不导电（表面有不导电的胶质，我猜测）。加热处理和氨处理都能极大增加表面积，且增加的数值基本相同。可是氨处理和加热处理后的power不同，其中肯定另有原因…….于是做了XPS元素分析。结果发现Power随着N/C比例升高、O/C比例降低而增加。氨处理后N/C能增加一倍。原因嘛，可能是氨处理使电极表面携带了一些含氮的官能团。关于官能团的分析，我们小组也做了一些工作，待发表后与大家分享J。最后发现最大功率输出与电极表面传递系数有类似莫诺方程的关系。

上述工作是我在Logan实验室做的，其中热处理方法来源于HIT实验室。

 

参考阅读：

 

Wang, X., Cheng, S., Feng, Y., Merrill, D., Saito, T., Logan, B. E. The use of carbon mesh anodes and the effect of different pretreatment methods on power production in microbial fuel cells. Environmental Science & Technology, 2009, in press.

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