综述：微生物燃料电池阳极在废水修复与发电领域的研究进展

本综述系统探讨了微生物燃料电池（MFCs）阳极材料的最新进展，重点分析了碳基材料及其复合物在提升电子传输效率、微生物附着及有机分解中的作用，并展望了其在废水处理与能源再生领域的应用潜力，为环境能源交叉研究提供重要参考。

　　

阳极材料的核心作用

微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells, MFCs）作为一种同步实现废水修复与电能产生的技术，其性能高度依赖于阳极的电子转移效率和有机物分解能力。阳极作为微生物附着和电子传递的载体，直接决定了MFCs的发电效率与处理效果。

碳基材料的优势与挑战

近年来，碳质材料（如碳毡、石墨烯等）及其负载的导电复合材料因具有高比表面积和优异导电性被广泛研究。这些材料能有效促进电活性微生物（如Geobacter属）的富集，加速胞外电子转移（Extracellular Electron Transfer, EET）过程。然而，现有阳极材料仍面临长期运行稳定性不足、规模化应用成本高等问题，亟需开发新型结构定制化材料。

阳极优化策略

通过调控材料表面理化性质（如官能团修饰、三维多孔结构设计）可显著增强微生物生物膜的形成与电子传递速率。例如，氮掺杂碳纳米管（N-CNTs）或聚苯胺（PANI）涂层阳极能降低电荷转移电阻，提升MFCs的功率密度。此外，复合金属氧化物（如MnO₂/Fe₃O₄）的引入进一步强化了催化活性与抗生物污染能力。

废水处理应用

MFCs在含有机污染物（如苯酚、染料）或重金属（如Cr⁶⁺）的工业废水处理中展现出独特优势。其通过阳极氧化反应分解有机物，同时产生电流，耦合阴极还原反应可实现污染物同步去除。实验表明，采用改性碳毡阳极的MFCs对生活废水的化学需氧量（COD）去除率可达80%以上，且持续产电超过180天。

未来展望

未来研究需聚焦于开发低成本、高机械强度的柔性阳极材料，并深化对微生物-电极界面相互作用机制的理解。结合人工智能优化系统运行参数、探索MFCs与光伏或微生物电解池（Microbial Electrolysis Cells, MECs）的联用技术，将推动其向实际工程应用迈进。