哈尔滨工业大学微生物燃料电池研究团队

邱云峰

微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells，MFCs）是一种环境友好型生物技术，利用电活性微生物消耗有机物并将代谢的电子传递至胞外阳极。MFCs运行无需额外曝气，具有很强的环境适应性，阳极室有机物降解速率快、矿化彻底，无需后续污泥处理流程，也可以同时处理阴极污染物，是一种具有重要应用前景的污水处理和同步产能技术。然而微生物-电极微观界面复杂，严重影响能量转化效率，导致现有MFCs阳极的输出功率仍然远低于其理论值。

哈工大刘绍琴教授团队在阳极微生物附着、电活性微生物富集和胞外电子转移等方面开展了大量的研究工作。前期在Adv.Mater.杂志综述了微生物-电极界面的作用机理，发现纳米材料可以减小电极体电阻，与微生物或介体分子直接接触后，可以提供丰富的电子传递路径。团队在Adv.Mater.报道了FeS2/rGO高性能生物阳极，发现其良好的生物相容性，有利于细菌附着形成致密的生物膜，面功率密度达到了3.22W/m2，高通量测序显示产电菌Geobacter的含量高达79%。近期利用三维贯穿孔道和杂原子掺杂碳结构，优化了电极与细胞色素c或核黄素等介体分子之间的界面相互作用，促进了核黄素的吸附和分泌，加速了电子转移。结合理论计算，深入分析了微生物生理机能的提升和胞外电子的提取和传递机制，获得了阳极结构与组成的设计规律，为促进MFCs装置实用化提供了重要的理论和技术指导。

研究团队瞄准新型生物能源装置开发的重大需求，未来将在MFCs微生物-电极界面调控的基础研究领域，以及MFCs堆栈设计和管控关键技术等应用方面继续探索，发挥哈工大百年工科积淀的优势，奉行“理工结合”的科研理念，为祖国建设培养满足未来生物能源需求的创新型人才，打造引领生物能源发展的重要装置。