在國家杰出青年基金和城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室課題的資助下，哈爾濱工業(yè)大學(xué)馮玉杰教授課題組在光催化燃料動力鋰電池方面取得重要進展。

該課題組的研究成果《一種實現(xiàn)同步電能回收和污染物去除的生物陰極耦合光催化燃料動力鋰電池》最近被環(huán)境領(lǐng)域著名國際期刊《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》發(fā)表。該論文的新穎性和重要性得到審稿人充分肯定，被期刊選為亮點文章重點推薦。

相關(guān)研究表明，當(dāng)能量大于或等于禁帶寬度的光照射到半導(dǎo)體光催化劑表面時，其導(dǎo)帶和價帶分別出現(xiàn)光生電子和光生空穴，其中空穴是強氧化劑，可以氧化幾乎所有有機物，而光生電子是強還原劑，可以通過外電路傳遞到陰極。

光催化燃料動力鋰電池就是基于光催化材料的光電轉(zhuǎn)化特性，同步實現(xiàn)污染物的降解和電能回收的裝置。通常為了獲得較高的空穴/電子分離效率，陰極催化劑多選用貴金屬催化劑或過渡金屬催化劑，這類催化劑價格昂貴，催化性能也容易因使用過程中的催化劑團聚、流失、中毒等降低，使用壽命較短。

馮玉杰教授課題組獨辟蹊徑，將具有電化學(xué)活性的好氧生物膜作為陰極催化劑，構(gòu)建了新穎的生物陰極耦合光催化燃料動力鋰電池系統(tǒng)。該好氧生物陰極可以從廢水中富集得到，并以污染物為營養(yǎng)物質(zhì)增殖，在生長代謝的同時催化陰極反應(yīng)，具有廉價、穩(wěn)定、可再生的特點，而且利用微生物的代謝過程實現(xiàn)污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和去除。

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與此同時，該課題組在研究過程中還首次發(fā)現(xiàn)，光電路的介入，可以有效提高微生物催化燃料動力鋰電池陰極點位，從而使得陽極生物催化效率提高近兩倍，為該技術(shù)應(yīng)用于生物難降解物質(zhì)的轉(zhuǎn)化供應(yīng)了又一新思路。

此外，課題組經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，同時發(fā)生的微生物代謝過程與陰極催化過程之間存在著復(fù)雜的關(guān)系，生物陰極的催化活性受到微生物代謝活性的制約，同時又對代謝過程有一定的反用途，這表明微生物可能利用胞外電子為能量來源進行生長代謝。