Significant enhancement of electron transfer from Shewanella oneidensis using a porous N-doped carbon cloth in a bioelectrochemical system

舍瓦内拉 阳极 电极 电子转移 碳纤维 化学工程 电化学 材料科学 无机化学 化学 氧化还原 光化学 复合材料 细菌 遗传学 物理化学 复合数 工程类 生物
作者
Hongyan Yuan,Licheng Deng,Xin Qian,Lufeng Wang,Denian Li,Yong Chen,Yong Yuan
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:665: 882-889 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2019.02.082
摘要

Modifying the surface of an anode can improve electron transfer, thus enhancing the performance of the associated bioelectrochemical system. In this study, a porous N-doped carbon cloth electrode was obtained via a simple thermal reduction and etching treatment, and then used as the anode in a bioelectrochemical system. The electrode has a high nitrogen-to‑carbon (N/C) ratio (~3.9%) and a large electrochemically active surface area (145.4 cm2, about 4.4 times higher than that of the original carbon cloth), which increases the bacterial attachment and provides more active sites for extracellular electron transfer. Electrochemical characterization reveals that the peak anodic current (0.71 mA) of the porous N-doped carbon cloth electrode in riboflavin is 18 times higher than that of the original carbon cloth electrode (0.04 mA), confirming the presence of more electroactive sites for the redox reaction. We also obtained a maximum current density of 0.29 mA/cm2 during operation of a bioelectrochemical system featuring the porous N-doped carbon cloth electrode, which is 14.5 times higher than that of the original carbon cloth electrode. This result demonstrates that the adoption of our new electrode is a viable strategy for boosting the performance of bioelectrochemical systems.
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