基于纳米TiO2光催化作用的废水有机物燃料电池的设计与性能研究

城市和工业废水大量进入环境，特别是难降解有毒、有害有机污染物进入环境，造成了严重的环境污染和生态破坏，而废水中的有机物还是重要的能源。本项目基于TiO2纳米管阵列薄膜材料优异的电子传输性能和光催化性能，以钛基TiO2 纳米管阵列及其改性材料为光阳极，铂/铂黑电极或p-型半导体材料为光阴极，构建太阳光催化的废水有机物燃料电池，并通过阴、阳极材料的制备、改性和电池放电性能、影响因素、发电机制等研究，实现废水中有机物化学能向电能的高效转化，达到既处理废水，又对外发电的目的。该电池基于光催化和原电池原理设计，具有光阳极表面空穴氧化能力强、电子传输快、电池结构简单、操作方便、控制容易、几乎可以用于所有有机污染物的处理与发电的优点。预实验研究表明该类型电池，其发电性能明显优于文献常见微生物废水燃料电池的性能（提高约3个数量级）。该研究有助于突破废水燃料电池存在的电子传递慢、电池效率低等技术瓶颈问题。

城市和工业废水大量进入环境，特别是难降解有毒、有害有机污染物进入环境，造成了严重的环境污染和生态破坏，而废水中的有机物还是重要的能源。本项目基于TiO2纳米管阵列薄膜材料优异的电子传输性能和光催化性能，以钛基TiO2 纳米管阵列及其改性材料为光阳极，铂/铂黑电极或p-型半导体材料为光阴极，构建了太阳光催化的废水有机物燃料电池，并通过阴、阳极材料的制备、改性和电池放电性能、影响因素、发电机制等研究，实现废水中有机物化学能向电能的高效转化，达到既处理废水，又对外发电的目的。该电池基于光催化和原电池原理设计，利用光阳极表面空穴氧化能力强、电子传输快、电池结构简单、操作方便、控制容易、几乎可以用于所有有机污染物的处理与发电的优点。项目的主要研究内容包括：（1）钛基TiO2纳米管阵列阳极材料及相关阳极材料的制备和改性（2）可见光响应p-型半导体光阴极材料的制备及其光电催化性能（3）光催化废水燃料电池反应器的优化设计研究（4）光催化废水有机物燃料电池性能的研究。研究项目已发表学术论文13篇，包括EST、ACB等环境领域具有重要影响的SCI论文11篇，申请发明专利3项，其中授权专利2项。该研究表明光催化废水燃料电池有助于克服微生物废水燃料电池存在的电子传递慢、电池效率低等技术瓶颈问题。