Metal-organic framework-derived iron oxide modified carbon cloth as a high-power density microbial fuel cell anode

微生物燃料电池 阳极 化学工程 材料科学 电化学 氧化铁 功率密度 氧化物 碳纤维 纳米技术 化学 电极 冶金 复合材料 工程类 物理化学 功率(物理) 物理 复合数 量子力学
作者
Jie Wang,Bin Li,Shuping Wang,Tianbao Liu,Boyu Jia,Weizhen Liu,Peng Dong
出处
期刊:Journal of Cleaner Production [Elsevier BV]
卷期号:341: 130725-130725 被引量:51
标识
DOI:10.1016/j.jclepro.2022.130725
摘要

Microbial fuel cells have become a research topic of considerable interest in bioelectrochemistry, considering their potential to replace fossil energy sources. However, the main factor limiting their commercial application is poor anode performance, which leads to a lower power density. Herein, based on the interaction between iron minerals and electroactive microorganisms in geological systems, metal-organic framework-derived iron oxide-modified carbon cloth was prepared using a simple hydrothermal roasting method to enhance the extracellular electron transfer function of electricity-producing microorganisms, and was evaluated in two-chamber microbial fuel cells. Electrochemical tests showed that MIL-Fe2O3 and MIL-Fe3O4 nanoparticles effectively enhanced the electrochemical performance and biocompatibility of the anode. The microbial fuel cell equipped with MIL-Fe3O4/CC achieved an output power density of 4305 mW/m2. This excellent performance can be attributed to the fact that MIL-88(Fe)-derived iron oxide facilitates the adhesion of electricity-producing microorganisms to the anode and the secretion of proteins related to extracellular electron transfer, realizing the synergistic promotion of c-type cytochrome and flavin. This study provides a strategy for preparing high-performance microbial fuel cell anode materials, thus sustaining the promise for the eventual commercialization of microbial fuel cells.
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