随着经济的不断发展,人们对于能量的需求和社会用水量的不断增加,导致水污染和污水排放对环境的压力越来越大。而如今污水处理厂中采用的技术依旧是常用的厌氧加好氧生物组合工艺,这种方法存在着污泥产量高以及耗能较大的等问题。微生物燃料电池（MFCs）能够处理废水和产生能源,并且废水中所具有的能源要高于处理同体积废水所消耗的能量,所以为了能够更好的节约能源同时处理废水,微生物燃料电池受到的关注越来越多。由于单室微生物燃料电池（SCMFCs）空气阴极易受到各种因素的影响,因此为了空气阴极性能更好的表达,达到MFCs系统更好的发展,更好的实现扩大化和实用化的目标。本实验研究了以聚四氟乙烯（PTFE）作为粘合剂,炭黑作为（CB）气体扩散层（GDL）导电透氧材料。采用辊压的方法将催化层,集流层和气体扩散层辊压到一起。空气阴极的氧还原反应会受到氧气、质子传递的影响,本文分为三部分研究了GDL疏水性的影响、催化剂层的中铁氮碳活性炭催化剂的发电效率以及污染空气阴极的性能恢复。首先研究GDL影响氧气传质系数和疏水性影响质子和氧气在催化剂层中传递。探究了不同GDL中炭黑与PTFE的比例。通过对MFCs进行电化学测试,包括线性扫描伏安法、电化学交流阻抗,综合使用了接触角测试、氮气吸附脱附曲线、氧传质等几种测试方式,得出了MFCs空气阴极的影响,同时也对系统进出水的COD进行了监测。实验表明,过量的PTFE会阻碍质子和电子在空气阴极中的转移,而过少的PTFE会限制氧气在催化剂层的传递,本文最佳的炭黑:聚四氟乙烯的质量比为4:1。气体扩散层内较少的PTFE增加了比表面和孔隙大小,增加了氧传质系数,获得了1431±80.3 m W m-2的最大功率密度,库伦效率为45%。进一步研究了空气阴极的催化剂掺杂铁源与氮源加强氧还原反应过程。将烟头废弃物制备的生物碳作为载体,以九水合硝酸铁和尿素分别作为铁源和氮源,按照不同的尿素添加量来制备不同的空气阴极。采用电化学表征方法来测试空气阴极的电化学性能,再利用相关的物理表征比表面积、X射线衍射、X射线光电子能谱测试和拉曼光谱等来分析催化剂的物理特点。表明搅拌热解生成了Fe-N-C催化剂,有利于空气阴极性能的提升,更高程度的发电,在最佳的添加量下,获得了最高2168 m W m-2的功率密度。在长期运行受到污染的空气阴极可以采用溶菌酶进行处理附着微生物,能够恢复空气阴极的部分发电性能,最高可以恢复到初始性能的80%以上,说明裂解微生物可以一定程度上恢复空气阴极的性能。