碳质基底上负载的金属氧化物具有成本低、储量丰富和出色的氧还原反应（ORR）催化活性，因此可代替Pt基阴极催化剂用于改善微生物燃料电池（MFCs）的性能，具有广阔的应用前景。然而，关于作为MFCs阴极催化剂的Cu₂O纳米颗粒/还原氧化石墨烯（Cu₂O/rGO）及其对发电和微生物群落的影响的信息很少。在这项工作中，与市售Pt/C相比，研究了具有Cu₂O/rGO阴极催化剂的单室MFC的输出电压、库仑效率和微生物群落。结果表明，与商用Pt/C（0.206 V，90.3％）相比，具有Cu₂O/rGO阴极催化剂的MFC产生更高的输出电压（0.223 V）和库伦效率（92.5％）。此外，Cu₂O/rGO阴极催化剂具有优异的ORR催化活性，并促进了O₂向阴极表面的扩散。有趣的是，在使用Cu₂O/rGO阴极催化剂的MFC阳极生物膜中，已知的电致微生物Geobacter的相对相对丰度最高（49.28％），比市售Pt/C（32.33％）的丰度更高。Cu₂O/rGO催化剂的MFC阴极生物膜中的微生物丰度和多样性明显低于商业Pt/C，这是由于Cu₂O/rGO的抗菌特性，可以暴露阴极上更多的催化活性位并进一步提高MFCs的发电性能。这些结果为Cu₂O/rGO作为一种高催化活性和抗菌阴极催化剂以取代商业化的Pt/C用于发电提供了见识。
 
Figure 1. 在350小时的运行中，使用Cu₂O-rGO/CC和Pt-C/CC的MFCs的输出电压周期（a）和每个周期的最大电压（b）。
 

Figure 2. 在350小时的运行中，使用Cu₂O-rGO/CC和Pt-C/CC的MFCs，库仑效率的循环性能。
 

Figure 3. MFC中Cu₂O-rGO/CC和Pt-C/CC的CV。
 

Figure 4. MFC中Cu₂O-rGO/CC和Pt-C/CC的奈奎斯特图。
 

Figure 5. Cu₂O/rGO复合材料的TEM图像。
 
      相关研究成果于2020年由青岛农业大学Yanjun Xin课题组，发表在Chemical Engineering Journal（2020, 380, 122446）上。原文：Electricity generation and microbial community of single-chamber microbial fuel cells in response to Cu₂O nanoparticles/reduced graphene oxide as cathode catalyst。

摘自《石墨烯杂志》公众号：