β-PbO2阴极微生物燃料电池产电特性研究(6)
近年来，有研究表明[20]，CoTMPP 阴极能够产生和 Pt 催化剂相当的能量密度。Cheng 论证了CoTMPP 催化阴极（0.6 mg CoTMPP•cm-2）能够产生相当于 Pt 催化电极（0.5 mgPt•cm-2）88%的能量。但是没有进行经济分析。PbO2电极具有良好的导电性能和化学惰性，而且对强酸有较高的稳定性，在电化学中有广泛应用。早期的二氧化铅电极直接以铅为阳极氧化而成，但这种电极力学强度差，不适宜工业应用。Morris 等人研究得出：β-PbO2也可以作为 MFC 阴极材料，并且，相对用 Pt 而言，使用β-PbO2阴极的 MFC能够产生 1.7 倍的能量并且每单位能量成本几乎是使用 Pt 电极的一半。目前常将PbO2电沉积在导电基体钛、铂、石墨或陶瓷上。利用金属作基体采用涂膏烧结法的共同缺点就是基体易钝化，导致电极内应力急剧上升，结合力降低而使镀层易脱落，虽然采用加入底层或中间层的方法可以进行抑制，但这增加了工艺的复杂性和制作成本，并且不能从根本上解决问题。因此，仍然有必要探索新的二氧化铅制备方法。
1.2.3 课题研究内容
本次实验以双室微生物燃料电池为研究对象，通过电沉积法在石墨板上电镀PbO2实验用阴极代替Pt电极，在获得较好的产电性能的同时，进一步降低MFC的成本，并与石墨板阴极做对比性实验，验证PbO2电极的良好产电性能，探索β-PbO2 阴极MFC的产电机理。
2 实验部分
2.1 电沉积法制备β-PbO2阴极
2.1.1 实验仪器及药品
电沉积制备PbO2阴极过程中使用的主要仪器如下表所示：
表2.1 电沉积制备PbO2阴极过程所需主要仪器设备
仪器名称 型号 生产厂家
数显磁力搅拌器 88-1 常州国华电器
pH计 FE20 梅特勒-托利多仪器有限公司
分析天平 BS124S 赛多利斯科学仪器有限公司
恒定电位仪 TD3691 西北仪科技有限公司
其他实验材料：石墨板、石墨棒、砂纸、刻刀、导线若干、铜丝、500mL烧杯、50mL烧杯、玻璃棒
实验药品：Pb(NO3)2、Cu(NO3)2、NaF、HNO3、十吹冰烷基三甲基溴化铵(CTAB)分析纯、去离子水
2.1.2 石墨板的预处理
首先将完整石墨板切割成厚度大约0.4cm、面积为2.8cm×2.8cm大小的石墨板，使用砂纸打磨，将石墨板表面打磨平整、光滑，并将边角打磨成弧状以减少边缘效应。然后进行表面除油，用稀HNO3浸泡约30min后，使用去离子水反复冲洗。处理结束后，将石墨板放置蒸馏水中待用。使用同样方法处理石墨棒后放置在蒸馏水中待用。
2.1.3 配置电镀液
使用分析天平按表2.2中各物质用量称取配置成一份500mL的电镀液。待溶质完全溶解后，溶液为蓝色透明液体，使用pH计测量溶液pH值，保证溶液pH值在0.5~2.0之间，如果不在此范围内，使用去离子水和HNO3进行调节。
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