1. 研究目的与意义
能源是限制人类发展的重要因素，随着人类社会的不断发展与进步，对于能源的需求也是日益增大，在我们的日常生活中，大约有85 %的能量是由化石燃料转化而来。化石燃料给人类带来了质的发展，但与此同时，化石燃料也给我们的生活环境带来了诸多问题：全球气候变暖、全球性酸雨、臭氧层空洞等。只有与生态环境和平共处，人类才能更好地向前发展，因此化石燃料并非长久之计，加之全口人口总量不断攀升，开发新型清洁能源迫在眉睫。
核能、氢能、太阳能、风能这些可替代的能源降低了我们对化石燃料的依赖性，但是这些能源的获取途径并不稳定，所以我们更加需要一种能够储存这些可替代能源的设备，其中最有价值的就是电池。因此，我们要加大对电池方面的研究，促进电池的发展，延长电池循环的寿命，从而达到长期并且稳定储存能量的目的。
微生物燃电池是藉由微生物的催化反应，将化学能（燃料）转换为电能的组件。典型的微生物燃电池是由阳极和阴极，以及一片质子交换膜所构成，微生物于阳极分解氧化燃料，并同时产生电子和质子，电子可经由外部电到达阴极，而质子则通过质子交换膜到阴极，在阴极会消耗电子和质子与氧结合产生水。与现有的其它利用有机物产能的技术相比，微生物燃料电池具有操作上和功能上的优势： 首先，它将底物直接转化为电能，保证了具有高的能量转化效率； 其次，不同于现有的所有生物能处理，微生物燃料电池在常温环境条件下能够有效运作； 第三，微生物燃料电池不需要进行废气处理，因为它所产生的废气的主要组分是二氧化碳，一般条件下不具有可再利用的能量； 第四，微生物燃料电池不需要输入较大能量，因为若是单室微生物燃料电池仅需通风就可以被动的补充阴极气体； 第五，在缺乏电力基础设施的局部地区，微生物燃料电池具有广泛应用的潜力，同时也扩大了用来满足我们对能源需求的燃料的多样性。
2. 研究内容和预期目标
具体研究内容包括：
针对微生物燃料电池系统中细菌与电极之间电子传递速率较慢导致的输出功率密度低等问题，本课题通过对氮掺杂碳骨架修饰的碳布电极进行进一步修饰，在其表面原位生长一层由nio纳米线修饰的氧化物层，使得电极既有增强的细菌生长附着能力，又能大量吸附细菌自分泌电子介体，通过两者的协同作用，使电极能具有同步加强的生物电催化能力。通过透析袋隔离细菌膜的手段将生物催化进程与电催化进程进行有效的分离研究，并与模式菌株s. oneidensismr-1进行对比，深入探讨s. putrefacienscn32 mfc的阳极对生物电催化进程的影响机制及电极界面的电子传递机理。
预期目标：
3. 研究的方法与步骤
一、聚苯胺纳米线/碳布的制备：配置含有苯胺单体的高氯酸溶液，将处理好的碳布用钛丝固定后，构建三电极体系包括碳布（工作电极）、钛片（对电极）以及饱和甘汞电极（参比电极），进行电解沉积；
二、氮掺杂纳米线/碳布（n-cnws/cc）电极的制备：将得到的聚苯胺纳米线修饰的碳布电极进行碳化；
三、制备氧化镍/碳布电极；
4. 参考文献
[1]logan be, rossi r, ragab a, et al. electroactivemicroorganismsinbioelectrochemi -calsystems[j]. nature reviews microbiology, 2019,17(5): 307-319.
[2] zou l, qiao y, li cm. boosting microbial electrocatalytic kinetics for high power density: insights into synthetic biology and advanced nanoscience [j] electrochemical energy reviews, 2018, 1(4): 567-598.
[3] wu xs, qiao y, guo cx, et al. nitrogen doping to atomically match reaction sites in microbial fuel cells [j]. communications chemistry, 2020, 3(1):1-9.
5. 计划与进度安排
(1)第1周~第4周，查阅资料，制定实验方案与计划，准备开题报告；外文论文翻译，论文前言部分的撰写；
(2)第5周~第8周，合成金属单原子掺杂的纳米纤维材料；对材料进行xrd、sem、tem等表征；并探索材料制备条件对材料结构的影响；
(3)第9周~第12周，将所得材料组装成微生物燃料电池，测定样品的电化学性能以及输出功率密度等性能；
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