微生物燃料电池（MFC）是一种利用自然界中廉价易得的微生物细菌作为生物催化剂将有机物中的化学能转变为电能的装置。微生物燃料电池技术的特点就是从微生物细菌氧化分解有机底物的自然生理代谢中提取能量，生物发电。从微生物燃料电池的产电过程可知，在废水中广泛存在各种有机物以及生物质都是微生物燃料电池潜在的燃料。因此，微生物燃料电池技术是一项绿色环保的电源新技术，具有很好的应用前景。但微生物燃料电池仍存在诸多需要改进的问题，如阳极材料过低的电化学活性，底物与阳极之间较低的电子传递速率等，多壁碳纳米管作为一种新型的纳米材料因其具有优异的力学、电学及化学等特征都非常适合开发新型高效的电极材料，提高微生物燃料电池的性能。

一、微生物燃料电池的原理及其瓶颈

（1）微生物燃料电池的原理

微生物燃料电池主要由阳极、阴极和质子交换膜构成。电池的产电过程中的主要步骤为：1.微生物细菌在阳极室中氧化分解有机底物产生和，同时产生电子并传递到阳极表面；2.产生的电子通过电极和导线流经外电路闭合电路到达电池的阴极，阳极中产生的透过质子交换膜扩散到阴极保持电荷平衡；3.电子到达阴极后与阴极室中的电子接受气体，如氧气等，结合发生还原反应，从而构成电子循环回路，电子在流过外 电路时对外做功输出电能。电池的总反应由阳极和阴极的半电池反应构成，两极中的半电池反应受到反应热力学和动力学过程控制。阳极的氧化过程与阴极的还原过程并不是在两种反应物直接接触时发生，而是分开在阳极和阴极上进行，这种设计使原本在氧化剂和还原剂之间剧烈的电子得失和能量释放过程在温和的条件下进行。

（2）微生物燃料电池技术的主要瓶颈

尽管微生物燃料电池技术正在不断成长并且在许多方面已经取得了重大突破，但微生物燃料电池的的输出功率还普遍较低，莫光权[6]认为影响和制约微生物燃料电池技术的主要瓶颈包括以下几个方面：1.阳极室中微生物与电极之间的电子传递过程缓慢是造成电池产电性能差、功率低的主要原因之一；2.在微生物燃料电池的阴极中，氧气室是目前 前为止最理想的一种电子受体。阴级室中低效缓慢的氧气还原热力学和动力学过程是影响电池性能的一个重要因素；3.微物燃料电池从阳极微生物的接种到电池的正常平稳运行通常需要很长的产电驯化周期。阳极上的生物膜形成后对阳极液的更换也需要较长的适应周期；4.微生物燃料电池的阳极材料电化学活性不高，导致其功率密度和持续输出电 电压不稳和过低，寻找新的阳极材料已经成为了全世界微生物燃料电池研究人员的重点研究方向。

二、多壁碳纳米管修改物在微生物燃料电池阳极中的应用

（1）多壁碳纳米管优良的理化特性

1991年碳纳米管（CNT)被发现，它以独特的结构、电子特性、机械性能和化学稳定性而成为全世界研究的热点之一，它可以认为是单层或多层石墨沿中心轴旋转而成的一维管状结构，分为单壁碳管（SWNT)和多壁碳管（MWNT)，依据原子结构的不同，CNT表现为金属或半导体。其导电率很高，所以以多壁碳管来作为微生物燃料电池的阳极材料具有可观的前景。

（2）多壁碳纳米管作为微生物燃料电池阳极材料的实验论证