Πηγή: ανάλυση υλικού και Εφαρμογή
Εισαγωγή στα επιτεύγματα:
Η έλλειψη ενέργειας και η περιβαλλοντική ρύπανση είναι τα κύρια προβλήματα που αντιμετωπίζει η τρέχουσα παγκόσμια οικονομική ανάπτυξη. Είναι πολύ σημαντικό να αναπτυχθούν τεχνολογίες πράσινης και βιώσιμης ενέργειας για την άμβλυνση της τρέχουσας κοινωνικής έλλειψης ενέργειας και την πρόληψη και τον έλεγχο της περιβαλλοντικής ρύπανσης. Η μικροβιακή κυψέλη καυσίμου (MFC), ως εξοπλισμός νέας χωρητικότητας, έχει τις λειτουργίες καθαρισμού λυμάτων και αποκατάστασης οικολογικού περιβάλλοντος λόγω της προστασίας του πράσινου περιβάλλοντος, του χαμηλού κόστους λειτουργίας και της καλής σταθερότητας. Με βάση αυτό, η ερευνητική ομάδα του καθηγητή wangyuqiao του Southeast University και η ερευνητική ομάδα του καθηγητή xiekun του Πανεπιστημίου Chongqing Three Gorges δημοσίευσαν μια έκθεση με τίτλο «MXene@MnO2 /Carbon cloth ως άνοδος για μικροβιακές κυψέλες καυσίμου».
Σε αυτή την εργασία, mxene με υψηλή αγωγιμότητα και καλή υδροφιλία χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα και MnO2 nano φύλλα με ισχυρή βιοσυμβατότητα αναπτύχθηκαν με τάξη στην επιφάνειά του και κατασκευάστηκαν στην επιφάνεια από ύφασμα άνθρακα MXene@MnO2 Electrodes. Λόγω της δομής υψηλών πόρων, της καλής βιοσυμβατότητας και της σούπερ υδροφιλικότητας του, ενισχύει την εξωκυττάρια μεταφορά ηλεκτρονίων ως άνοδο MFC (Εικ. 1), προάγοντας έτσι την ταχεία εκκίνηση και την έξοδο ισχύος του MFC. Η διαδικασία παρασκευής αυτού του είδους ανόδου είναι απλή και οι συνθήκες αντίδρασης είναι ζεστές, κάτι που είναι κατάλληλο για εκβιομηχάνιση μεγάλης κλίμακας.
Εικόνα 1 MXene@MnO2 Ενισχυμένη εξωκυτταρική μεταφορά ηλεκτρονίων
Βασικά σημεία του άρθρου
Βασικό σημείο 1: προωθήστε τη γρήγορη εκκίνηση της μπαταρίας
Προκειμένου να πραγματοποιηθεί η γρήγορη εκκίνηση, η αποτελεσματική και σταθερή λειτουργία του MFC και στη συνέχεια να βελτιωθεί η απόδοση παραγωγής ενέργειας και η αποδοτικότητα μείωσης των απορριμμάτων, οι ερευνητές εργάζονται σκληρά για να αναπτύξουν ανόδους υψηλής απόδοσης.
Σε σύγκριση με τον γραφιτοποιημένο άνθρακα, το αγώγιμο πολυμερές και άλλα υλικά, τα φύλλα MnO2 αναπτύσσονται τακτικά στην επιφάνεια του υποστρώματος mxene και στη συνέχεια τροποποιούνται με ύφασμα άνθρακα ως άνοδο σε αυτή την εργασία, η οποία έχει τα πλεονεκτήματα της απλής διαδικασίας προετοιμασίας, της πράσινης προστασίας του περιβάλλοντος και χαμηλό κόστος. Η κατασκευασμένη άνοδος έχει τα χαρακτηριστικά της υψηλής αγωγιμότητας, της καλής υδροφιλικότητας και της υψηλής βιοσυμβατότητας, MXene@MnO2 Το τροποποιημένο ύφασμα άνθρακα ως άνοδος βοηθά τη μικροβιακή κοινότητα να αποικιστεί και να αναπαραχθεί γρήγορα στην επιφάνειά της, ώστε να πραγματοποιηθεί η γρήγορη εκκίνηση του MFC , και ο χρόνος εκκίνησης είναι τόσο μικρός όσο 70 ώρες.
Βασικό σημείο 2: ενίσχυση της πυκνότητας ενέργειας εξόδου
Η χαμηλή πυκνότητα ισχύος εξόδου του παραδοσιακού MFC περιορίζει σοβαρά τη βιομηχανική εκλαΐκευση και εφαρμογή του. Η βιβλιογραφική έρευνα δείχνει ότι η έξοδος της πυκνότητας ισχύος της σχετίζεται στενά με την εσωτερική αντίσταση της βιολογικής ανόδου και τη διαδικασία της εξωκυτταρικής μεταφοράς ηλεκτρονίων. Όσο μικρότερη είναι η εσωτερική αντίσταση της ανόδου, τόσο ταχύτερη είναι η εξωκυτταρική μεταφορά ηλεκτρονίων, τόσο πιο ευνοϊκό για την παραγωγή ενέργειας και βελτίωση της ενεργειακής πυκνότητάς της.
Εν όψει αυτού, το MXene@MnO2 Το φορτίο των ηλεκτρενεργών βακτηρίων στην επιφάνειά του αυξάνεται σημαντικά και τα ηλεκτρόνια που παράγονται από το μεταβολισμό του μπορούν να μεταφερθούν γρήγορα στο εξωτερικό κύκλωμα μέσω της σύνθετης δομής. MXene@MnO2 Η ειδική δομή του MFC βελτιώνει την ηλεκτρική απόδοση της ανόδου και προωθεί τη διαδικασία εξωκυτταρικής μεταφοράς ηλεκτρονίων, ενισχύοντας έτσι την πυκνότητα ισχύος εξόδου του MFC, η οποία αυξάνεται στα 746,3 MW · m-2.
Βασικό σημείο 3: αποτελεσματική αποικοδόμηση οργανικών ρύπων
Ο παραδοσιακός θάλαμος ανόδου MFC έχει δομή ενιαίας αποικίας και αργό μεταβολισμό πυρίμαχων οργανικών ρύπων, με αποτέλεσμα χαμηλή απόδοση μείωσης αποβλήτων και απόδοση ανάκτησης ενέργειας, γεγονός που περιορίζει σοβαρά την εφαρμογή του στην περιβαλλοντική επεξεργασία και ανάκτηση ενέργειας.
MXene@MnO2 Η τροποποιημένη επιφάνεια ανόδου από ύφασμα άνθρακα μπορεί να σχηματίσει ένα πυκνό και παχύ βιοφίλμ με πλούσια δομή μικροβιακής κοινότητας και ισχυρή μεταβολική ικανότητα. Ως εκ τούτου, έχει τα χαρακτηριστικά της ισχυρής αποδόμησης των οργανικών ρύπων, της υψηλής απόδοσης αποικοδόμησης της κόκκινης βαφής του Κονγκό και της καλής απόδοσης κυκλικής αποδόμησης. Επομένως, MXene@MnO2 Η τροποποιημένη άνοδος από ύφασμα άνθρακα συναρμολογημένη MFC δείχνει πιθανή εφαρμογή στον τομέα της περιβαλλοντικής επεξεργασίας και της ανάκτησης ενέργειας.
Γραφικός οδηγός
Σχήμα 2 (α) MXene, (b) MnO2和 (c-d) MnO2
Εικόνα 3 (α, β) μοτίβο XRD. (γ) MnO2@MXene /Γωνία διαβροχής CC, (δ) mno2/cc, (E) CC και (στ) mxene/cc υλικά ανόδου
Εικόνα 4(α) Εικόνες MnO2@MXene /SEM του βιοφίλμ στις επιφάνειες ανόδου του CC, (β) mno2/cc, (γ) mxene/cc και (δ) CC
Εικόνα5 ηλεκτροχημικές ιδιότητες της ανόδου πριν από τον ενοφθαλμισμό (α, γ) και μετά τον εμβολιασμό (Β, δ)
Σχήμα 6 (α) απόδοση αποικοδόμησης της χρωστικής ερυθρού του Κονγκό σε MFC και (β) MnO2@MXene /Κυκλική απόδοση αποικοδόμησης του cc-mfc
Βιβλιογραφία:
https://doi.org/10.1002/slct.202200612
