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：

1.准备工作：配制311培养基溶液，构建电池，电池阴阳两室用离子交换膜隔开并检测其渗透性。用溅射装置将石墨表面镀上各种需要用的材料。

2.取样并测试：用消毒过的针管分别从阴阳两室取2ml液体，1ml用来测pH，并且阴极的还需测OD值，另1ml经两次离心后取上层清液0.8ml用作后面的高效液相色谱分析。

3.测量醋酸含量：用Agilent 1260 Infinity四元LC测量14min（醋酸）时的峰面积。测试各标准浓度梯度醋酸的峰面积，绘制醋酸浓度-峰面积的线性曲线，即可通过测量的峰面积直接读出醋酸的含量。

4.表征：采用XPS,XRD,SEM对电极材料的形貌、电化学性能进行检测分析，对长有生物膜的阴极进行Confocal和SEM表征及电化学性能评价。