王亚光，何则强，龙秋萍，熊利芝



MnO2@graphene复合材料的制备及其对微生物燃料电池阴极氧还原反应的催化活性

王亚光1, 2，何则强1, 2，龙秋萍1, 2，熊利芝1, 2

(1. 吉首大学生物资源与环境科学学院，吉首416000；2. 湖南省2011计划“锰锌钒产业技术”协同创新中心，吉首416000)

以高锰酸钾、草酸锰、石墨烯为原料，采用化学共沉淀法制备MnO2@graphene 复合材料，用X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱、扫描电镜、比表面测定等对其进行表征。以MnO2@graphene为MFC阴极氧还原反应催化剂，采用循环伏安法和电化学阻抗法研究MnO2@graphene催化电极对氧还原反应的催化活性。结果表明：粒度为400 nm左右的MnO2颗粒通过静电相互作用均匀而牢固地分散在纸片状graphene表面，形成MnO2@graphene复合材料。循环伏安测试结果表明：当扫描速率为5 mV/s时，虽然MnO2@graphene催化电极在pH为7.0的磷酸盐缓冲体系(PBS)的氧还原反应起峰电位比Pt/C催化电极负0.048V，但其峰电位(−0.440 V)与Pt/C催化电极的起峰电位(−0.434 V)接近。随着循环次数的增加，MnO2@graphene催化电极的起峰电位稍有下降，但峰电流密度下降很小，表明MnO2@graphene催化剂具有更好的氧还原催化活性和更优秀的循环稳定性。电化学阻抗实验发现：MnO2@graphene催化电极的电荷转移阻抗为12.6 Ω，比同条件下Pt/C催化电极和MnO2催化电极的低，表明由于graphene增加MnO2的导电性，降低催化电极电荷转移阻抗，加快电子的转移速率，促进阴极氧还原反应。

二氧化锰；石墨烯；氧还原反应；催化活性；微生物燃料电池

微生物燃料电池(Microbial fuel cell，MFC)作为一种新型的能源转换装置，利用产电微生物在阳极室氧化有机物而产生电子和质子，质子通过质子交换膜扩散到阴极，而电子则通过外电路转移到阴极表面的活性中心后与电子受体(如O2、KMnO4、K3Fe(CN)6、K2CrO7等)[1−4]及质子结合产生水。……