近日，西南大學材料與能源學部李長明院士研究團隊在納米多孔陽極材料增強微生物燃料電池直接電化學行為及其機制方面的研究取得了重要進展。相關研究成果以“Tailoring Unique Mesopores of Hierarchically Porous Structures for Fast Direct Electrochemistry in Microbial Fuel Cells”為題發(fā)表在Wiely出版的國際權威期刊《Advanced Energy Materials》（IF = 16.146，2015）。

微生物燃料電池是一種具有同時實現(xiàn)污水處理和產電雙重功能的綠色、可持續(xù)能源技術，但是這項技術要實現(xiàn)商業(yè)化應用，其功率輸出密度有待進一步提高。制備高性能的納米多孔陽極材料被認為是提高微生物燃料電池性能的最佳策略之一。李院士研究團隊通過高溫碳化一種細菌纖維素膜的生物材料獲得具有多層次孔結構的三維碳納米纖維材料，并且通過改變碳化溫度巧妙地調節(jié)了該材料的納米孔結構。研究結果表明最優(yōu)的多孔結構是同時存在豐富的大孔和介孔，其中大孔結構有利于細菌（生物催化劑）的生長，介孔結構能夠增強電子介體的直接電化學，從而同時實現(xiàn)高效的生物催化和電催化。基于這種多孔陽極碳材料，所構建的微生物燃料電池輸出功率密度高達1747 mW m-2，比傳統(tǒng)碳布電極高14倍，并具有很好的穩(wěn)定性和可重復性，表現(xiàn)出極大的實際應用潛質。最重要的是，通過系統(tǒng)地分析材料的孔徑分布和電子介體分子的尺寸與電活性位點，首次闡明了介孔結構在顯著增強電子介體直接電化學行為的獨特機制，為后續(xù)開發(fā)高性能的微生物燃料電池陽極材料提供了新的思路。

李長明院士為該論文的通訊作者，指導的博士研究生鄒龍為論文的第一作者。該研究得到了國家“千人計劃”、國家973計劃、國家自然科學基金、中央高校基本科研業(yè)務費和重慶市潔凈能源與技術重點實驗室相關項目的資助。

論文鏈接為

http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/aenm.201501535/abstract