ZIF-8-derived Cu, N co-doped carbon as a bifunctional cathode catalyst for enhanced performance of microbial fuel cell

双功能 微生物燃料电池 催化作用 阴极 碳纤维 材料科学 化学工程 双功能催化剂 吸附 化学 核化学 无机化学 电极 冶金 有机化学 复合材料 复合数 物理化学 工程类 阳极
作者
Bi‐Lin Lai,Hui-Xu Wei,Zi-Nuo Luo,Tong Zheng,Yi-Hui Lin,Zhao‐Qing Liu,Nan Li
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:856: 159083-159083 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2022.159083
摘要

The development of bifunctional catalysts is an effective way to simultaneously address the slow kinetics of oxygen reduction reaction (ORR) on the cathode and biofilm contamination in the microbial fuel cells (MFC). Cu-N/C@Cu composites were synthesized as bifunctional cathode catalysts for MFC by doping, adsorption, and two calcinations by using Cu-ZIF-8 as the precursor. The higher Cu-Nx content confers excellent ORR catalytic activity to the optimized Cu-N/C@Cu-2 catalyst. The half-wave potential for Cu-N/C@Cu-2 in a neutral solution is 0.67 V vs. RHE, which is close to that of commercial 20% Pt/C (0.70 V vs. RHE). The maximum power density of the MFCs assembled with Cu-N/C@Cu-2 reached 581 ± 13 mW m-2, which is even better than that using Pt/C (499 ± 13 mW m-2). Moreover, the results of antimicrobial activity and biomass test show that the higher Cu content made Cu-N/C@Cu-2 effective against the contamination of cathode biofilm. And the 16S rDNA results find that the community structure of the biofilm is favorable for the power production and purification of MFC. This work shows that copper-based materials can be used as potential bifunctional catalysts to promote MFC applications in wastewater treatment.
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