Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1. РЭМ-изображения мезопористого TiO2 (a) и PANI/TiO2 (b).
Рисунок 2. РЭМ-изображения клеток E.coli на поверхности анода PANI/TiO2 (a, b, c – различные увеличения) и просто в растворе электролита (d).
Рисунок 3. Мощность бактериальной топливной ячейки с анодом из PANI/TiO2 (содержание PANI 30% по массе).

Новый анод для микробных топливных ячеек

Ключевые слова:  альтернативные источники тока, периодика, топливные элементы

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

05 марта 2008

Микробные топливные ячейки являются «зеленым» источником энергии. Зеленее некуда. В таких ячейках в качестве маленького биореактора используется целый микроорганизм, с высокой эффективностью перерабатывающий в электричество органические соединения, от вкусных углеводов до бесполезных отходов. Но не все так радужно: низкая мощность и недостаточная стабильность ограничивают практическое применение микробных элементов питания. А мощность микробной топливной ячейки зависит прежде всего от анода, который ассоциирован непосредственно с микроорганизмами.

Для хорошего анода очень важна площадь поверхности, на которой могли бы разместиться бактерии. Мезопористый TiO2 обладает огромной поверхностью, является биосовместимым, стабильным и экологически безопасным. К сожалению, низкая проводимость TiO2 не позволяет аноду выдавать высокую мощность. Положение можно исправить, модифицировав анод из мезопористого TiO2 полианилином (PANI), который характеризуется высокой проводимостью, стабильностью и простотой синтеза. Такой композитный анод PANI/TiO2 был создан учеными из Сингапура.

Экспериментальным путем было установлено, что лучшие показатели дает анод, содержание PANI в котором составляет 30% (по массе). На рисунке 1 видно, что такой материал, как и немодифицированный TiO2, содержит поры и обладает развитой поверхностью.

Бактерии на поверхности анода образуют сеть из особых выростов (пилей), чтобы эффективнее присоединяться к подложке и друг к другу (рисунок 2). Не исключено, что через пили осуществляется перенос и избыточных электронов – по крайней мере, пили некоторых металл-восстанавливающих бактерий обладают проводящими способностями. Для E.coli вопрос о роли пилей в передаче электронов в настоящий момент недостаточно изучен. Однако в случае, когда клетки кишечной палочки просто растили в растворе электролита, формирование пилей не наблюдалось.

Производительность композитного анода PANI/TiO2 изучали в электрохимической ячейке, состоящей из двух камер, разделенных протон-проводящей мембраной. Анод был погружен в 0,1 М фосфатный буфер, содержащий 55 мМ глюкозы, 5 мМ 2-гидрокси-1,4-нафтохинона и клетки E.coli (109 мл-1); электролит катода состоял из 0,1 М фосфатного буфера и 50 мМ [Fe(CN)6]3-. В течение первых 48 часов мощность ячейки возрастала (благодаря тому, что бактерии размножались), а затем выходила на плато и оставалась практически неизменной в течение 450 часов без дополнительного введения глюкозы или других питательных веществ. Через 500 часов после внесения клеток в электрохимическую ячейку мощность резко падала из-за истощения запасов глюкозы (рисунок 3).

Максимальная мощность такой ячейки составила 1495 мВатт/м2 (при этом плотность тока равна 3650 мА/м2, напряжение 410 мВ). Это в два раза превосходит мощность, которая достигалась в бактериальных топливных ячейках прежде, и это сильно вдохновляет исследователей.

Работа «Nanostructured Polyaniline/Titanium Dioxide Composite Anode for Microbial Fuel Cells» опубликована в ACS Nano.


Источник: ACS Publications




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Кристаллография - детям. Снежинки к Новому году.
Кристаллография - детям. Снежинки к Новому году.

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019. Тезисы доклада Быкова В.А.

Пять медалей завоевали российские школьники на Международной физической олимпиаде
Стали известны итоги 50-й Международной физической олимпиады для школьников, которая проходила в Тель-Авиве (Израиль). Российская сборная завоевала в состязаниях 4 золотые и одну серебряную медаль.

Поступление в совместный российско-китайский Университет МГУ-ППИ в Шэньчжэне
В июле 2019 года в МГУ имени М.В. Ломоносова проходит набор учащихся на программы МГУ, реализуемые в Университете МГУ-ППИ в Шэньчжэне. Поступление в совместный университет – это возможность учиться в самом быстроразвивающемся городе мира на русском языке у ведущих преподавателей МГУ по самым современным программам, получить образование мирового уровня и дипломы сразу двух университетов, овладев китайским языком. Для поступления в совместный университет не требуется владения китайским языком. Прием документов и экзамены проходят на территории МГУ. Абитуриенты имеют право поступать одновременно в МГУ имени М.В. Ломоносова и МГУ-ППИ в Шэньчжэне.

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.