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随着气候变暖以及化石燃料等不可再生资源消耗殆尽,环境和能源问题日益凸显出来,寻找绿色可再生能源受到各国关注,以便构建和优化现有的能源体系。微生物燃料电池(microbial fuel cells)是一种基于污水处理和能量回收发电的装置,以其独特的优势逐渐成为能源领域研究的重点。目前,微生物燃料电池输出功率低和阴极催化剂成本较高是限制该项技术大规模发展的主要因素。探寻高效率和低成本的阴极催化剂材料是目前国内外研究的重点。本文制备了两种阴极催化剂,采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、比表面积(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等物理和化学表征测试手段对材料的物理化学性质进行了表征。并使用循环伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)和旋转圆盘电极(RDE)等电化学测试方法测试其电化学活性。三聚氰胺作为碳源和氮源,钼酸铵和硫脲分别作为钼源和硫源,并且利用普朗尼克F127作为软模板,采用液体自组装和高温碳化的方法,制备氮掺杂二硫化钼(N-MoS2/C)复合体阴极催化剂材料。通过改变不同的碳化温度,从而调节N-MoS2/C的结构与催化活性之间的关系,探究N-MoS2/C的结构组成和活性成分对氧还原性能的影响。MoS2的结晶度随着碳化温度的升高而增强。在分段煅烧去除表面活性剂F127的过程中,大量的活性中心暴露出来,从而增强了氧还原活性并提高了氧的渗透率。N-MoS2/C-900作为微生物燃料电池阴极催化剂具有最大的功率密度(0.815 W m-2)远高于Pt/C(10 wt.%)阴极,并且在持续运行1700 h后,仅仅下降了 1.23%。N-MoS2/C-900催化剂的氧还原路径以四电子过程为主,这主要是由于丰富的晶格缺陷和有效的氮掺杂(吡啶氮、吡咯氮和Mo-Nx)之间的协同作用。利用三聚氰胺作为氮源和碳源,钼酸铵作为钼源以及硫脲作为硫源,在升温机械混合的过程中引入碳纳米管(CNT),经高温碳化后形成N-MoS2/C/CNT-x(x=600,700,800,900)复合材料。N-MoS2/C/CNT-800 具有最大的比表面积 121.98 m2 g-1,其作为微生物燃料电池的阴极也展现出了最大的功率密度(0.824 W m-2),其电化学活性得到了提升,并且作为阴极催化剂应用于MFCs时具有良好的稳定性。利用三聚氰胺、钼酸铵和硫脲为前驱体,并在合成的过程中分别引入F127和CNT后经高温碳化得到的氮掺杂复合材料(N-MoS2/C、N-MoS2/C/CNT)在MFCs中是一种良好的替代Pt/C的催化剂。