微生物燃料电池（MFC）作为可持续生物能源生产系统，是具有巨大可能性的新型生物电化学装置，在过去的十年里一直受到研究者的极大关注。因为它利用细菌和燃料(通常是废水)将有机物中积蓄的化学能转换为电能，不仅发电，同时处理废水。与其他有机物发电技术相比，具有较高的直接能量转换效率和常温操作优势。典型的单室MFC包括阳极和阴极，有机物被氧化，在阳极室生成电子和质子，电子通过外部电路生成电，质子同时通过电解质移动到阴极室，在那里与电子受体(O2)相遇，发生氧还原反应（ORR），通过二电子或四电子路径生成水。

MFC的阳极材料应具备好的生物相容性、导电性好、比表面积大、机械强度高、化学稳定性好、易于获得等优点，目前常用阳极材料主要包括碳纸、碳布、石墨棒等；MFC空气阴极分为三个部分：集电流（支撑层），空气扩散层和催化层。将水和丙酮浸泡/漂洗后的阴阳极切割成合适尺寸，通过钛丝、密封圈、螺栓和螺母等组装在一起。

以城市污水(污水处理厂厌氧池)作为接种底物，并提前加入葡萄糖驯化（入在15 L的污水中加入5 g葡萄糖）。在培养开始时，加入一半城市污水，另一半加入营养液（营养液由下表所示）。加完营养液后，对MFC进行泄漏检查，直至无泄漏发生。所有的MFC反应器在恒温控制的培养箱中运行，温度Q为30℃。

表1-1营养液的组成

表1-2 磷酸缓冲液

表1-3 微量元素溶液

采用数据采集卡(USB-6008)实时记录MFC输出电压。当电压更新到100 mV以下时，更换接底物和营养液一次，最大输出电压稳定在2个周期以上，表明MFC启动成功。

在MFC启动成功后即可进行电化学测试，采用常规三电极系统，在0.1 M KOH溶液中进行CV、LSV、Tafel、EIS等一系列电化学测试以评价ORR阴极的性能。三电极体系由铂(Pt)丝对电极、Ag/AgCl (sat. KCl)参比电极和工作电极组成。工作电极在使用前需用1.0 µm，0.3 µm，0.05 µm氧化铝浆打磨抛光，用DI水和乙醇反复冲洗干燥待用。3.0 mg的催化剂在0.5 mL DI、0.5 mL异丙醇和35 uL Nafion中超声分散,然后将5.0 µL分散液滴在抛光玻碳(GC,直径5.0 mm)和GC旋转圆盘电极(RDE,直径3.0 mm)上干燥待用。

对于所有的极化曲线和功率密度测试，都是在更换介质后MFC达到稳定电压后开始获取的。连续三个周期后记录MFC性能，包括输出电压和功率密度。在测量功率密度和极化曲线之前，当添加新鲜营养液时，将MFC在开路电位(OCP)下初始稳定过夜。极化曲线和功率密度进行评估测试生成的稳定输出电压在不同外部电阻范围从33000 Ω到20 Ω, MFC电池运行后用新鲜培养基2 h。根据欧姆定律(I=U/RA)计算出MFC的电流密度(I)， PA=UI/A, Pv=U2/(V•R)计算出功率密度(P)，其中U (mV)为电压，I (mA)为电流，A (cm2)为投影表面积，V (m3)为阴极电极MFC的体积。