大連理工大學(xué)張國(guó)權(quán)課題組–Mo2C/N摻雜石墨烯材料作為HER催化劑對(duì)垃圾滲濾液供入的微生物燃料電池-氨電解池耦合系統(tǒng)制氫
在這項(xiàng)工作中，我們報(bào)告了使用串聯(lián)堆疊的微生物燃料電池（MFCs）-氨電解電池（AEC）耦合系統(tǒng)與Mo2C/N摻雜石墨烯（Mo2C/N-rGO）納米復(fù)合材料作為析氫反應(yīng)（HER）催化劑，從富氨廢水中制氫的方法。在連續(xù)平行流動(dòng)模式下，研究了Mo2C/N-rGO納米復(fù)合材料對(duì)HER的電催化活性，同時(shí)生物電和產(chǎn)氫性能以及該耦合系統(tǒng)的垃圾滲濾液處理。結(jié)果表明，當(dāng)串聯(lián)葡萄糖和銨鹽混合物時(shí)，四個(gè)串聯(lián)的空氣陰極MFCs的最高功率密度為536 mW m-2，同時(shí)通過(guò)向AEC單元持續(xù)提供生物電來(lái)實(shí)現(xiàn)氫氣產(chǎn)生速率約為59 mL g-1Mo2C/N-rGO?h-1。當(dāng)基材轉(zhuǎn)移到實(shí)際的垃圾滲濾液（稀釋比為1:4）時(shí)，串聯(lián)堆疊的MFCs大約只能獲得143 mW m–2的最大輸出功率，但是它仍然實(shí)現(xiàn)了71％的NH4+-N去除效率和約42 mL g-1Mo2C/N-rGO?h-1的氫氣產(chǎn)生率。該MFCs-AEC耦合生物電化學(xué)系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)了其從真實(shí)垃圾填埋場(chǎng)滲濾液中產(chǎn)生氫氣的潛力，同時(shí)無(wú)需外部電力即可同時(shí)消耗化學(xué)需氧量和去除氨氮，從而實(shí)現(xiàn)了富氨廢水的資源和能源再利用。
gure 1. Mo2C/N-rGO納米復(fù)合材料的合成過(guò)程
igure 2.?堆疊式MFCs-AEC耦合系統(tǒng)的配置（MFCs是具有并行流動(dòng)模式液壓路徑的串聯(lián)連接）；橙色和藍(lán)色虛線框代表AEC單元和空氣陰極MFC的結(jié)構(gòu)。
igure 3.?（a）N-rGO的SEM圖像；（b-d）Mo2C/N-rGO納米復(fù)合材料的SEM、TEM圖像和XRD圖譜；（a）和（c）中的插圖是對(duì)應(yīng)的HRTEM圖像；（b）中的是放大的SEM圖像；（e）和（f）Mo2C/N-rGO納米復(fù)合材料的高分辨率N 1s和Mo 3d區(qū)域的XPS光譜，（e）的插圖顯示了N摻雜的結(jié)構(gòu)。
Figure 4.?不同的負(fù)載型Mo2C納米復(fù)合材料在1.0 M KOH中的電催化HER活性：（a）10 mV/s的電壓掃描速率記錄的LSV；（b）Tafel圖；（c）對(duì)HER，400 mV下記錄的EIS奈奎斯特曲線和對(duì)應(yīng)的等效電路圖。
Figure 5.?（a-e）單個(gè)MFC單元和堆疊MFCs的極化和功率密度曲線分別作為電流密度的函數(shù)；（f）串聯(lián)堆疊的MFCs以1000 U的外部電阻輸出的電壓。
Figure 6.?（a）堆疊式MFCs-AEC耦合系統(tǒng)中AEC的外加電壓、陽(yáng)極和陰極電勢(shì)；（b）堆疊式MFCs-AEC耦合系統(tǒng)中的氣體累積量和生產(chǎn)率；（c）AEC單元的陰極電流效率和能力消耗。
Figure 7.?（a）實(shí)際稀釋率1:9、1:4和1:2的實(shí)際垃圾填埋場(chǎng)滲濾液進(jìn)料的MFC 1的電壓輸出；（b-e）MFC 1以及串聯(lián)堆疊的MFC的極化和功率密度曲線；（f）用1:4稀釋垃圾填埋場(chǎng)滲濾液給串聯(lián)MFCs堆提供1000 U的外部電阻輸出的電壓；（g）堆疊式MFCs-AEC耦合系統(tǒng)的MFCs輸出電壓，AEC施加的電壓和電流五個(gè)周期的長(zhǎng)期運(yùn)行曲線。
相關(guān)研究成果于2019年由大連理工大學(xué)Guoquan Zhang課題組，發(fā)表在Electrochimica Acta（https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.01.055）上。原文：Hydrogen production from microbial fuel cells-ammonia electrolysis cell coupled system fed with landfill leachate using Mo2C/N-doped graphene nanocomposite as HER catalyst。
本文來(lái)自石墨烯雜志，本文觀點(diǎn)不代表利特納米立場(chǎng)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原作者。