磷化MXene/聚吡咯水凝胶制备及其在微生物燃料电池中的应用

来源：环境工程技术学报杂志2025年第3期北京时间：

作者：杨洋, 张智淇, 曹洲, 陈野

摘要：微生物燃料电池阳极材料的导电性、亲水性、生物相容性等特性会影响微生物的附着、生长、代谢以及细胞外电子转移，进而直接影响微生物燃料电池的各项重要性能。通过化学氧化法制备了具有三维结构的多孔MXene/聚吡咯（MXene/PPy）水凝胶，采用NaH2PO2退火对制备的MXene/PPy水凝胶进行磷化改性，并以改性前后的水凝胶材料作为阳极，研究其电化学性能以及其组装的微生物燃料电池的性能。结果表明：多孔MXene/PPy水凝胶具有良好的电化学性能，而磷化改性可以使MXene暴露更多反应位点，电化学性能进一步提升。其中以特定磷化程度（NaH2PO2加入量为0.005 g/mL）的MXene-PPy水凝胶（P-MXene/PPy-5）作为电极材料时，面积比电容和交换电流密度分别提高至948.55 F/m2和0.73 mA/cm2，而电荷转移电阻下降至6.84 Ω；其组装的微生物燃料电池与非磷化阳极微生物燃料电池相比，最大输出功率密度提升了49.62%，达7.87 W/m3，阳极蛋白质含量提升了37.53%，达59.07 mg/cm2。研究结果为未来开发更高性能的微生物燃料电池提供了思路。

关键词：微生物燃料电池, 二维过渡金属碳化物（MXene）, 聚吡咯（PPy）, 磷化, 水凝胶