在這項工作中，我們報告了使用串聯(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)平行流動模式下，研究了Mo₂C/N-rGO納米復(fù)合材料對HER的電催化活性，同時生物電和產(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，當串聯(lián)葡萄糖和銨鹽混合物時，四個串聯(lián)的空氣陰極MFCs的最高功率密度為536 mW m^-2，同時通過向AEC單元持續(xù)提供生物電來實現(xiàn)氫氣產(chǎn)生速率約為59 mL g^-1_Mo2C/N-rGO?h^-1。當基材轉(zhuǎn)移到實際的垃圾滲濾液（稀釋比為1:4）時，串聯(lián)堆疊的MFCs大約只能獲得143 mW m^–2的最大輸出功率，但是它仍然實現(xiàn)了71％的NH₄⁺-N去除效率和約42 mL g^-1_Mo2C/N-rGO?h^-1的氫氣產(chǎn)生率。該MFCs-AEC耦合生物電化學系統(tǒng)強調(diào)了其從真實垃圾填埋場滲濾液中產(chǎn)生氫氣的潛力，同時無需外部電力即可同時消耗化學需氧量和去除氨氮，從而實現(xiàn)了富氨廢水的資源和能源再利用。

gure 1. Mo₂C/N-rGO納米復(fù)合材料的合成過程

igure 2.?堆疊式MFCs-AEC耦合系統(tǒng)的配置（MFCs是具有并行流動模式液壓路徑的串聯(lián)連接）；橙色和藍色虛線框代表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HER，400 mV下記錄的EIS奈奎斯特曲線和對應(yīng)的等效電路圖。

Figure 5.?（a-e）單個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、陽極和陰極電勢；（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）實際稀釋率1:9、1:4和1:2的實際垃圾填埋場滲濾液進料的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周期的長期運行曲線。

相關(guān)研究成果于2019年由大連理工大學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。

本文來自石墨烯雜志，本文觀點不代表利特納米立場，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者。