生物膜和陽極之間的弱生物膜定植和緩慢的細胞外電子轉移 (EET) 是微生物燃料電池 (MFC) 實現高功率密度的主要障礙。使用高效電催化劑調整陽極的界面特性被認為是克服這些限制的可行策略。在這項研究中，通過靜電紡絲、熱解、冷凍-制備了一種新型三維陽極電催化劑，由碳納米纖維 (CNF) 和還原氧化石墨烯 (rGO) 組成，干燥法和水熱法用于模板化 MoS
2納米花 (rGO/CNF@MoS2) 的生長。生成的互連 rGO/CNF@MoS2 支架提供了明顯更粗糙的表面、較大的電化學表面積、良好的導電性和豐富的電活性位點，這有利于生物膜的粘附和活力，并提高了 EET 效率。因此，配備 rGO/CNF@MoS2 改性陽極的 MFC 在 8220 mA m
-2 的電流密度下實現了3584 mW m
-2 的出色功率密度，這明顯高于包含 rGO/CNF-改性（2992 mW m
−2）、CNF@MoS2 改性（2560 mW m
−2）和純碳布（805 mW m
−2）陽極。考慮到其易于制造、在生物膜中具有出色的電催化活性和高發(fā)電能力，開發(fā)的 rGO/CNF@MoS
2 電催化劑顯示出作為實現高 MFC 性能的理想陽極電催化劑的巨大潛力。
Fig 1. (a) 合成程序示意圖。(b) PAN/PVP 薄膜、(c) CNF、(d) rGO/CNF 和 (e) rGO/CNF@MoS
2的SEM 圖像。(f)TEM和(g) rGO/CNF@MoS
2的 HRTEM圖像以(h)相應的SAED圖案。(i–m) rGO/CNF@MoS
2中Mo、S、C和N的EDX元素映射。
Fig 2. (a) 所有陽極的拉曼光譜。 (b) rGO/CNF@MoS
2 電催化劑的 XPS 概覽光譜和 (c) C 1s、(d) Mo 3d、(e) S 2p 和 (f) N 1s 的相應解卷積峰。所有準備好的陽極的電化學測量：（g）CV 曲線，（h）比電容值，（i）奈奎斯特曲線（插圖是等效電路）。
Fig 3. 配備不同陽極的 MFC 的性能：(a) 電池電壓輸出，(b) LSV 曲線，(c) 功率密度和極化曲線，(d) 穩(wěn)定生物膜形成后的 CV 曲線，(e) EIS 曲線，(f) COD去除效率和庫侖效率，（g）為電氣設備供電的 MFC 的數碼照片。
Fig 4. 在（a和a'）CC、（b和b'）rGO/CNF、（c和c'）CNF@MoS
2和（d和d'）rGO/CNF@MoS
2陽極上生長的生物膜的SEM圖像。(e–h)帶有生物膜的rGO/CNF@MoS
2陽極的EDX元素圖。
Fig 5. (a和b)CC、(c和d) CNF@MoS
2、(e和f) rGO/CNF和(g和h)rGO/CNF@MoS
2陽極生物膜的CLSM圖像（包括2D圖像和3D圖像）。
Fig 6. (a) 門和 (b) 水平的不同陽極樣品的微生物群落結構。
Fig 7. 提出的 rGO/CNF@MoS
2 電催化劑陽極性能增強機制。
相關研究工作由北京科技大學Congju Li課題組于2023年在線發(fā)表在《Journal of Materials Chemistry A》期刊上，原文：Nanoflower-like MoS
2 anchored on electrospun carbon nanofibers-interpenetrated reduced graphene oxide as microbial fuel cells anode achieving high power density。
轉自《石墨烯研究》公眾號
