1. 研究目的与意义（文献综述）

随着环境污染，能源短缺等问题越来越严重，世界各国的科研人员积极探索节能减排，兼顾环境与能源需求的可持续发展新技术。特别是人类对石油化学资源的大量使用，我们现在不仅面临着能源短缺的问题，还有更严重的环境问题—温室效应。据国际能源署预测,到2035年,世界能源需求将从2009年的120亿吨石油当量增长至180亿吨,全球co₂年排放量将从2009年的290亿吨增长至430亿吨。 因此,寻找补充化石资源的产品,减少温室气体排放,是实现可持续发展的必由之路。[1]

为了实现真正的可持续化和绿色化发展,能量的最终来源必须是可再生能源,燃料或化学品分子的碳骨架必须直接或间接来源co₂[2]。在地球上,植物通过光合作用利用太阳能转化co_2，合成各种各样的有机物。除光合作用外,自然界已经发现了另外5条co2固定途径,这5条co₂固定途径均存在于微生物中[3]。

微生物电合成(microbial electrosynthesis, mes),是指微生物细胞利用电能驱动co₂还原为有机物的过程[4]。本课题的主要目的就是通过改良阴极复合材料，使微生物电合成的效率尽可能大。如果将来这一技术能够得到广泛地应用，不仅能解决困扰全球的温室效应问题，还能开发新的能源，解决能源短缺问题。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：本课题采用的微生物为sporomusa ovata（一种严格厌氧菌），需要了解此细菌的生长环境并熟悉其培养液的配制。我们首先构建了6组生物电池，阴极材料分别选用ni、w、al、sn、ti、fe，并且每隔24小时取一次样，分别测试阴极和阳极的ph以及通过测量阴极样品的光学密度（od值）来了解细菌的生长情况。并且最后所有的样品都会通过高效液相色谱法测试醋酸的含量。各种材料做了对比后，然后制备钛基阴极复合材料并表征，用xps,xrd,sem对电极进行表征，对长有生物膜的阴极进行confocal和sem表征。

目标：制备钛基复合阴极材料并对其形貌、电化学性能等进行检测分析，并且将电极材料与微生物结合检测醋酸产量。

技术方案：

3. 研究计划与安排

（1）2018-3-11前查阅相关文献和资料，完成英文翻译。确定实验思路和技术方案，准备实验。

（2）2018-3-18前完成开题报告撰写。

（3）2018-4-8前按照设计方案制备与不同金属复合的钛基阴极材料。

4. 参考文献（12篇以上）

1.li xl, li xm, yang wj, chen xh, li wl, luo bb, wang kl, preparation of 3d pbo2 nanospheres@sno2 nanowires/ti electrode and its application in methyl orange degradation, electrochimica acta, 146 (2014) 15–22.

2.t. zhang, h. nie, t.s. bain, h. lu, m. cui, o.l. snoeyenbos-west, a.e. franks, k.p. nevin, t.p. russell, d.r. lovley, improved cathode materials for microbial electrosynthesis, energy amp; environmental science, 6 (2013) 217-224.