1. 研究目的与意义（文献综述）

人类对化石资源的大量使用，导致了当今世界发展面临的两大难题：能源资源短缺和温室效应。据国际能源署预测,到2035年，世界能源需求将从2009年的120亿吨石油当量增长至180亿吨，全球co2年排放量将从2009年的290亿吨增长至430亿吨。因此，寻找补充化石资源的产品，减少温室气体排放，是实现可持续发展的必由之路。为了实现真正的可持续化和绿色化发展,能量的最终来源必须是可再生能源，燃料或化学品分子的碳骨架必须直接或间接来源于co2。在地球上，植物通过光合作用利用太阳能转化co2，合成各种各样的有机物。除光合作用外，自然界已经发现了另外的co2固定途径，而这些co2固定途径均存在于微生物中。co2分子中的碳原子处于最高氧化态，即最低能态。将无机碳转化为有机碳的过程需要大量的能量和还原力。目前，co2固定效率还不能满足大规模工业化的需求，主要障碍来自于固碳途径自身的代谢速率较低，以及固碳所需的能量供给并不高效。电能是一种重要的能量形式，其来源广泛且可再生，包括太阳能电、风电、核电、水电等，但是电能的存储利用是一个难题。将电能作为能量输入，驱动生物固碳过程，既可以提高生物固碳效率又能解决电能存储利用的困难。微生物电合成(microbiolelectrosynthesis，mes)，是指微生物细胞利用电能驱动将co2还原为有机物的过程。

微生物电合成过程发生于生物电化学系统(bio-electrochemicalsystems,bess)中。生物电化学系统包含一个阴极、一个阳极,中间通常由离子交换膜将两极分开，电极浸于电解质溶液中。此系统中，整个细胞作为生物催化剂来驱动固态电极上的氧化反应和还原反应，在阳极上发生氧化反应，在阴极上发生还原反应。

sporomusa ovata，一种厌氧细菌。该细菌可以从周围环境中接受电子，将二氧化碳转化为乙酸，而乙酸是一种多样的化学中间体，可以制造出于制造出各种各样有用的化学物质。因此，我们将其选择为阴极反应所需的生物催化剂。为了能够有效利用该微生物电池，我们必须找最适合该反应发生的阴极材料。研究发现在以石墨板为阳极的情况下，在阴极石墨片上镀金属可以给此反应提供更好的环境条件。经过实验我们了解到sn在被用作于阴极材料是可以发挥出不错的效果，本次实验主要是为了探究与其他金属形成合金后是否能在微生物电池中发挥出更强的作用。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

1.培养二氧化碳固定细菌sporomusa ovata，制备311培养基；
2.制备锡基复合阴极材料；
3.用x射线光电子能谱分析(x-ray photoelectron spectroscopy, xps)，x射线衍射(x-ray diffraction，xrd)，扫描电镜(search engine marketing,sem)对电极进行表征；
4. 电极材料与微生物结合，用高效液相色谱hplc(high performance liquid chromatography)检测醋酸产量；

5. 对长有生物膜的阴极进行激光共聚焦（confocal）和sem表征。

目标：

3. 研究计划与安排

（1）2018-03-25前查阅相关文献并撰写完成开题报告

（2）2018-04-01 前确定锡基材料电合成路线及纯锡电极性能测试。

（3）2018-04-25 前确定锡基阴极复合材料电极测试与性能表征。

4. 参考文献（12篇以上）

1. d. r. lovley, geobiology, 2008, 6, 225–231

2. d. r. lovley, annu. rev. microbiol., 2012, 66, 391–409.

3. b. e. logan and k. rabaey, science, 2012, 337, 686–690