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蘇州科技大學李長明院士團隊在微生物燃料電池直接電化學研究方面取得重要進展

來源：蘇州科技大學      2020-06-15
導(dǎo)讀：近日，蘇州科技大學材料科學與器件李長明院士團隊在微生物燃料電池直接電化學研究方面取得重要進展，研究院吳小帥博士為第一作者，郭春顯教授為共同作者，李長明教授為通訊作者在Nature集團刊物《Communications Chemistry》上在線發(fā)表了題為“Nitrogen doping to atomically match reaction sites in microbial fuel cells”的研究論文（Commun Chem 3, 68 (2020).），實現(xiàn)了在材料及工程領(lǐng)域研究的重要突破。
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圖：（a）氮摻雜界面原子匹配電子介體實現(xiàn)直接電化學機理圖，（b）電化學性能和（c）輸出功率密度結(jié)果。
微生物燃料電池是一種具有同時實現(xiàn)污水處理和產(chǎn)電雙重功能的綠色、可持續(xù)能源技術(shù)，但微生物催化劑與電極之間的電子傳遞速率及其輸出功率密度較低是推廣這項技術(shù)應(yīng)用的一個主要挑戰(zhàn)。
基于此，我們通過調(diào)控電極表面的氮原子摻雜位點與電子傳遞介體之間進行原子匹配，實現(xiàn)電子介體在電極界面上的強吸附并把電子介體轉(zhuǎn)化為錨定在界面上的氧化還原中心，隨后再將微生物催化劑負載在表面上后可成功的將電子介體介導(dǎo)的間接電子轉(zhuǎn)移途徑轉(zhuǎn)換為電子傳遞路徑更短的快速直接電化學反應(yīng)，最終將微生物燃料電池的功率密度提高了21倍，表現(xiàn)出極大的實際應(yīng)用潛質(zhì)。
更重要的是，通過實驗及理論計算，深入闡明了微生物燃料電池陽極的界面成分及微結(jié)構(gòu)等物理化學性質(zhì)與電子介體吸附及其界面電化學之間的構(gòu)效關(guān)系，進一步證實了陽極材料的界面性質(zhì)對微生物燃料電池生物電催化進程的重要影響，為后續(xù)設(shè)計合成高性能的微生物燃料電池陽極材料界面成分及微結(jié)構(gòu)提供有參考價值的理論基礎(chǔ)和實驗依據(jù)。
自材料科學與器件研究院成立以來，通過基礎(chǔ)創(chuàng)新及應(yīng)用推廣相結(jié)合的研究，李長明院士團隊在材料及工程領(lǐng)域取得了一系列成果。截至到2020年5月，團隊以蘇州科技大學署名在工程與材料相關(guān)領(lǐng)域Nature Energy、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Advanced Science、Nano Energy等頂級期刊發(fā)表論文130余篇，其中SCI一區(qū)文章近70篇，論文被引頻次總計1500余次，平均引用次數(shù)大于13。
該研究工作得到了蘇州科技大學啟動基金、國家自然基金、省高等學校自然科學基金等項目資助，以及省微納熱流技術(shù)與能源應(yīng)用重點實驗室、省生化傳感與芯片技術(shù)工程實驗室等平臺的支持。

https://doi.org/10.1038/s42004-020-0316-z


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