还原氧化石墨烯/泡沫铜电极用于微生物电合成系统中二氧化碳合成有机物

廖梦根，王 黎，柳 焜，胡 宁，余 杨

（武汉科技大学 环境污染绿色控制与修复技术研究中心，湖北 武汉 430081）

CO2是温室气体的主要成分之一，近年来森林的大量砍伐导致CO2的固定受到影响，需要找到替代的方法。利用生物电化学生产燃料受到了众多科学家的广泛关注［1-3］。在众多CO2还原方法中，微生物电合成系统（MES）是最有效的方法之一，不但反应速率可控，而且产物选择性高［4］。阴极材料、阴极微生物、阴极电势、质子交换膜等材料的选择会对MES系统的合成效果产生影响［5-7］。DONG等［8］通过构造包含粒状活性炭颗粒的流化三维电极使乙酸的体积产率提高了2.8倍。VU等［9］通过在MES中加入导电纳米磁铁使甲烷产率提高了22.1%。ARYAL等［10］修改3D石墨烯网络，使CO2电合成乙酸的速率提高了6.8倍。阴极材料作为MES的核心可使微生物更加高效地进行电子转移，其表面可形成致密的生物膜并完成底物的质量传递［11-13］。泡沫铜（CuF）的三维多孔网状结构具有电导率高、比表面积大、有利于微生物附着、成本低廉等优点，完美地契合了电极材料的选择要求。

本工作将金属电极与碳基材料相结合，制备了还原氧化石墨烯/泡沫铜电极，对微生物没有排斥作用，并且提高了CO2电合成有机物的产物转化效率。

1 实验部分

1.1 材料、试剂和仪器

MES菌种来自武汉市某污水处理厂厌氧池的活性污泥。

泡沫铜：孔隙率0.88，昆山富汇立电子有限公司；阳离子交换膜：美国萘酚公司；钛板：欧帝富有限公司；钛丝：欧帝富有限公司；天然鳞片状石墨：南京嘉慧碳素材料有限公司。……