上海交大沈国清、陈钦程团队发文高性能生物炭负载空气阴极同步实现废水治理和能源产出

近日，上海交通大学沈国清/陈钦程团队在国际环境科学与生态学权威期刊Water Research（影响因子11.5，中科院一区，Top期刊）发表“Single-atom Fe-decorated N-doped porous carbon from waste biomass as a high-performance air-cathode for wastewater treatment in microbial fuel cells”最新研究成果，首次提出了一种利用沼渣改性生物炭制备微生物燃料电池空气阴极并同步实现废水治理和能源产出技术。该论文以生态学博士生刘焕然为论文第一作者，沈国清研究员和陈钦程长聘教轨副教授为共同通讯作者。

微生物燃料电池（MFC）在同时处理废水和产电方面具有极大潜力，但开发成本低、效率高的碳基阴极替代Pt/C用于氧还原反应（ORR）仍具有挑战性。论文通过层级锚定策略成功合成Fe-SA/NBC改性沼渣生物炭（BC），通过形貌和结构分析以及电化学性能测试，对Fe-SA/NBC作为氧化还原催化剂的潜力进行了充分评价。研究表明，较高的动力学电流密度与电化学活性面积促进了其ORR性能。进一步地，MFC实验验证了Fe-SA/NBC在功率密度、周期数和污染物降解能力等方面均优于商用Pt/C阴极。

该研究不仅提供了一种水体绿色修复技术，并为生产高性能生物炭用于微生物燃料电池提供了新途径。研究得到上海市科委碳达峰碳中和专项、国家自然科学基金、上海市农委科技创新项目和上海市自然科学基金项目的资助。

论文链接 ：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123518

作者： 农业与生物学院 供稿单位： 农业与生物学院