偶氮染料废水因其颜色强度大、化学稳定性高、毒性及难生物降解性，仍然是一个主要的关注环境问题，所有这些因素都对水生生态系统和人类健康构成持续风险 [1], [3]。传统的物理化学和生物处理工艺通常受限于脱色不完全、操作成本高或有毒芳香胺中间体的积累 [44]。因此，开发高效和可持续的偶氮染料去除技术仍然十分迫切。
生物电化学系统 (BESs) 已成为处理难降解含染料废水的一个有前景的平台，它将微生物催化与电化学氧化还原反应耦合 [39]。在 BESs 中，电活性微生物在阳极氧化有机底物并释放电子，电子被转移到阴极以驱动染料分子中偶氮键 (-N=N-) 的还原裂解 [2], [7]。除促进电子传递外，施加的电场还能刺激胞外聚合物 (EPS) 的分泌并调节与染料还原相关的功能基因的表达 [40]。以前的研究表明，BESs 可以有效地增强偶氮染料脱色，并且可以进一步与生物后处理单元集成，以提高整体废水处理性能 [16], [24], [6]。然而，BESs 的性能在很大程度上仍然受限于阴极材料，特别是在电子传递和微生物催化同时在电极界面发生的生物阴极系统中。
传统的碳基或金属电极通常提供可接受的导电性和机械稳定性，但往往存在活性表面积有限、界面电荷转移电阻高和生物相容性不足的问题。这些缺陷限制了微生物附着和胞外电子传递，从而降低了阴极反应速率和脱色效率。因此，开发具有高导电性、表面润湿性和微生物亲和力的生物电极已成为基于 BES 的偶氮染料去除的关键研究优先事项 [21], [26], [36]。
在可用的改性材料中，还原氧化石墨烯 (rGO) 因其高导电性、大比表面积和快速电子迁移率而被广泛研究 [23]。rGO 改性可以降低电荷转移电阻并提高 BES 电极的电化学活性 [5]。然而，单独的 rGO 并不总是为稳定的细胞附着和长期生物膜生长提供最佳的微生物界面 [15], [35]。导电聚合物如聚苯胺 (PANI) 提供了互补的优势，包括高导电性、可调节的表面化学和良好的环境相容性 [11], [43]。rGO 和 PANI 的结合可以产生具有增强电子传输和界面功能的多孔导电网络，这有利于电化学系统中的污染物还原 [22]。
几项研究已经报道了用于生物电化学染料脱色及相关应用的石墨烯、PANI 或 rGO/PANI 改性电极。这些研究证实，这种改性可以增加电活性表面积，降低界面电阻，并提高反应器性能 [22], [5]。也尝试了对 rGO/PANI 涂层的结构优化，通过调节复合结构和沉积取向来进一步提高电极性能 [37], [48]。然而，这些研究主要强调材料制备和反应器级别的性能指标，包括电流产生、电化学阻抗和脱色率。虽然，对性能增强的微生物学基础关注较少，特别是在生物阴极中，其最终的催化功能不仅取决于电极导电性，还取决于建立胜任的电活性生物膜。
这一知识缺口尤为重要，因为 BESs 中的电极改性不仅改变电子传递动力学，还可以通过改变表面粗糙度、亲水性、电荷特性和氧化还原微环境来重塑阴极生态位。表面亲水性、电荷特性、粗糙度和导电结构可以共同决定微生物定殖和群落组装，从而影响电子传递途径和生物电催化活性 [25]。因此，理解电极界面工程与微生物群落组装之间耦合的机制对于生物阴极的理性设计至关重要。
因此，本研究开发了一种 rGO/PANI 复合生物阴极，并系统评估了其在双室 BES 中对赤藓黄 R (AYR) 的脱色作用。目标是：(i) 评估 rGO/PANI 改性生物阴极的电化学和脱色性能；(ii) 研究由电极改性引起的生物膜形成和阴极微生物群落变化；(iii) 阐明电极特性与功能微生物富集之间的协同关系。本研究提供了一种有效的 rGO/PANI 生物阴极材料，并进行了一项综合研究，结合电化学分析、生物膜表征和微生物群落，揭示 rGO/PANI 改性如何控制电极界面特性和阴极微生物组，从而为设计用于偶氮染料废水处理的 BES 电极提供策略。
