我实验室在新型光催化与微生物催化耦合燃料电池方面研究取得新进展

当能量大于或等于禁带宽度的光照射到半导体光催化剂表面时，其导带和价带分别产生光生电子和光生空穴，其中空穴是强氧化剂，可以氧化几乎所有有机物，而光生电子是强还原剂，可以通过外电路传递到阴极。光催化燃料电池就是基于光催化材料的光电转化特性，同步实现污染物的降解和电能回收的装置。通常，为了获得较高的空穴/电子分离效率，阴极催化剂多选用贵金属催化剂或过渡金属催化剂，这类催化剂价格昂贵，催化性能也容易因使用过程中的催化剂团聚、流失、中毒等降低，使用寿命较短。冯玉杰教授课题组独辟蹊径，将具有电化学活性的好氧生物膜作为阴极催化剂，构建了新颖的生物阴极耦合光催化燃料电池系统。该好氧生物阴极可以从废水中富集得到，并以污染物为营养物质增殖，在生长代谢的同时催化阴极反应，具有廉价、稳定、可再生的特点，而且利用微生物的代谢过程实现污染物质的转化和去除。另一方面，该课题的研究还首次发现，光电路的介入，可以有效提高微生物催化燃料电池阴极点位，从而使得阳极生物催化效率提高近2倍。为该技术应用于生物难降解物质的转化提供了又一新思路。

此外，该研究小组发现同时发生的微生物的代谢过程与阴极催化过程之间存在着复杂的关系，生物阴极的催化活性受到微生物代谢活性的制约，同时又对代谢过程有一定的反作用，这表明微生物可能利用胞外电子为能量来源进行生长代谢，该研究小组正在对生物阴极催化机制展开深入研究。