在國(guó)家杰出青年基金和城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(dòng)力鋰電池方面取得重要進(jìn)展。

該課題組的研究成果《一種實(shí)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(dòng)力鋰電池》最近被環(huán)境領(lǐng)域著名國(guó)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(diǎn)文章重點(diǎn)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(shí)，其導(dǎo)帶和價(jià)帶分別出現(xiàn)光生電子和光生空穴，其中空穴是強(qiáng)氧化劑，可以氧化幾乎所有有機(jī)物，而光生電子是強(qiáng)還原劑，可以通過(guò)外電路傳遞到陰極。

光催化燃料動(dòng)力鋰電池就是基于光催化材料的光電轉(zhuǎn)化特性，同步實(shí)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(guò)渡金屬催化劑，這類催化劑價(jià)格昂貴，催化性能也容易因使用過(guò)程中的催化劑團(tuán)聚、流失、中毒等降低，使用壽命較短。

馮玉杰教授課題組獨(dú)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(dòng)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)增殖，在生長(zhǎng)代謝的同時(shí)催化陰極反應(yīng)，具有廉價(jià)、穩(wěn)定、可再生的特點(diǎn)，而且利用微生物的代謝過(guò)程實(shí)現(xiàn)污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和去除。

與此同時(shí)，該課題組在研究過(guò)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(dòng)力鋰電池陰極點(diǎn)位，從而使得陽(yáng)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(shí)發(fā)生的微生物代謝過(guò)程與陰極催化過(guò)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(shí)又對(duì)代謝過(guò)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(lái)源進(jìn)行生長(zhǎng)代謝。