聚苯胺海藻酸钠修饰阳极的微生物燃料电池的性能研究的开题报告.docx

聚苯胺海藻酸钠修饰阳极的微生物燃料电池的性能研究的开题报告
一、选题背景及意义
微生物燃料电池（MicrobialFuelCell，MFC）是一种通过微生物将有机物质转化为电能的设备。MFC与传统燃料电池不同，它的最大特点是在燃料转化过程中，使用的是微生物代谢产生的酶，而非使用稀有金属催化剂。因此，在环保和资源节约上具有重大的实用价值。且MFC具有体积小、无机械运动、不产生污染和噪音等优点，尤其在一些无法使用传统能源的场所，如海洋、灾区和洞穴等，具有广阔的应用前景。应用MFC技术，还可以实现现场发电和废水处理一体化，进一步提高能源利用效率。
二、研究内容
海藻酸钠是一种水溶性生物高分子，常用来修饰电极表面，以提高电极表面的亲水性和生物兼容性。同样，电极表面的修饰也能够对微生物在MFC中的电转化效率产生影响。而聚苯胺是一种广泛应用在MFC研究中的交联聚合物，能够使阳极表面变得更加亲水，并提供了良好的导电性。
本研究将以聚苯胺海藻酸钠修饰阳极的MFC为对象进行研究，主要内容包括：
1.制作聚苯胺海藻酸钠修饰阳极
2.评估阳极表面特性变化
3.考察阳极的表面形貌
4.比较具有不同阳极表面特性的MFC的电极性能
三、研究方法
1.制备聚苯胺海藻酸钠修饰阳极
2.通过扫描电子显微镜、电化学阻抗谱等方法，表征阳极表面的形貌和化学特性
3.采用循环伏安法、恒电位法等方法研究电极表面的电化学性能
4.应用MFC系统，考察聚苯胺海藻酸钠阳极和未修饰阳极的电化学性能
四、预期成果
本研究通过采用聚苯胺海藻酸钠修饰阳极的MFC系统，探究阳极表面特性变化对MFC电化学性能的影响，预期可以得到以下成果：
1.成功制备具有良好性能的聚苯胺、海藻酸钠修饰阳极
2.阐明阳极表面性质变化对生物体系中电化学性能变化的原因
3.通过MFC系统测试，分别测定阳极电化学性能和不同阳极的电化学性能，比较得到阳极表面性质变化对MFC电化学性能的影响
4.为进一步优化微生物燃料电池的电极性能，提供理论依据和参考。
五、研究计划
预期用时：12个月
第一步：文献调研（2个月）
阅读相关文献，了解MFC的研究进展，明确研究方向和任务。
第二步：制备聚苯胺海藻酸钠修饰阳极（3个月）
制备阳极材料，通过扫描电子显微镜、电化学阻抗谱等方法，表征其表面形貌和化学特性。
第三步：测试阳极电化学性能变化（3个月）
利用循环伏安法和恒电位法测试阳极电化学性能变化，建立性质与电化学性能的联系。
第四步：建立MFC系统并测试性能（4个月）
建立MFC系统，测试不同阳极的电化学性能，得出阳极表面特性变化后的MFC电化学性能变化差异。
第五步：总结和论文撰写（2个月）
总结实验结果，撰写并提交论文。
六、参考文献
1.Logan,B.E.,&Regan,J.M.(2006).Electricity-producingbacterialcommunitiesinmicrobialfuelcells.TrendsMicrobiol,14(12),512-518.
2.Chirdkiatgumchai,V.,Jantawat,S.,Looareesuwan,T.,&Thavarungkul,P.(2015).Enhancementofpowergenerationbyapoly(vinylalcohol)/carbonnanotubescompositemembraneinasingle-chambermicrobialfuelcell.ChemCommun,51(9),1647-1650.
3.Santoyo-González,F.,&Mijangos-Ricardez,O.F.(2013).Advancesandperspectivesinmicrobialfuelcellsforbioenergygenerationandwastewatertreatment.RenewSustEnergRev,23,1-14.
4.Zhu,X.,Yates,M.D.,&Logan,B.E.(2014).ClemsonUniversity,Clemson.Catalystenhancementofcathodesforimprovingmicrobialfuelcellpowergenerationwithagraphitefiberbrushanode.EnergyEnvironSci,7(12),4191-4194.