鲁雨，周丰武，钟文辉，刘丽，李小方，邓欢*

（1.南京师范大学环境学院，南京 210023；2.南京师范大学地理科学学院，南京 210023；3.江苏省物质循环与污染控制重点实验室，南京 210023；4.中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心，石家庄 050022）

在土壤及沉积物环境中普遍含有产电细菌和有机质“燃料”，因此在土壤中构建微生物燃料电池（MFC）可原位产生少量电能。如果能提高土壤MFC的产电能力，实现在野外驱动传感器运行、发射救援信号等用途，将具有广阔的应用前景[1]。土壤MFC阳极位于淹水土壤中，阴极位于上覆水中。土壤中的产电细菌分解有机质，并将电子传递给胞外的阳极，电子通过导线到达阴极，与上覆水中的溶解氧发生还原反应。在这一过程中，细菌细胞内的NADH作为电子供体，O2作为电子受体，从而在土壤MFC导线上形成电流。阳极反应为NADH=NAD++H++2e，φ=-0.32 V；阴极反应为O2+4H++4e=2H2O，φ=+1.229 V。因此以O2作为电子受体时，MFC的理论最大电势差约为1.55 V。但由于土壤MFC内阻较高，土壤有机质含量和产电细菌数量有限，其开路电压远低于1.55 V。Deng等[2]以碳布作为电极材料在淹水土壤中构建土壤MFC，其中单个MFC开路电压约为500 mV；为了提高土壤MFC的电压输出，Wolińska等[3]向土壤中添加葡萄糖等不同碳源；Yu等[4]采用Fe3O4修饰阳极。当土壤MFC电路上连接1 000 Ω负载时，采用上述措施仅能获得300 mV左右的输出电压。因此，要让土壤MFC输出1 V以上电压，实现驱动小功率电器，需要串联多个土壤MFCs。本课题组以碳毡作为阳极，铂网作为阴极构建土壤MFC，并将3个土壤MFCs串联，实现了最高1.596 V的输出电压和144.16 μW的输出功率，驱动电子钟稳定运行80 h[5]，初步实现了土壤MFC驱动小功率电器的目标。……