微生物电化学系统（Bioelectrochemical System，BES）能够以电活性微生物为催化剂同步实现废水中污染物降解和清洁能源回收，近年来在新能源和环境治理领域受到了广泛关注。以FeCl₃和urea为前体，在550 ℃下一锅法热解制备Fe@CN催化剂，并以此制备复合碳纸阳极、构建微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells，MFCs）反应系统。
MFC₀（碳纸阳极）的启动过程有较长的延滞期（约100 h），而MFC₁（Fe修饰碳纸阳极）和MFC₂（Fe@CN修饰碳纸阳极）在接种电活性菌群后几乎不需要经过驯化即有较快的电压输出。MFC₁和MFC₂的最大电压输出分别为792.76 mV和711.89 mV，显著高于MFC₀，表明改性阳极具有更好的生物相容性，并提高了MFCs对底物的利用效率。Fe@CN阳极可能改变了电活性生物膜的胞外电子传递途径，CV结果显示MFC₁和MFC₂有两对氧化还原峰，而MFC₀只有一对氧化还原峰。此外，在扫描速率为10 mV/s时，MFC₁（0.58 mA）和MFC₂（0.97 mA）的催化电流均高于MFC₀（0.45 mA）。当扫描速率从10 mV/s增加到200 mV/s时，峰值电流也随之增加，且与扫描速率呈良好的线性关系，说明Fe@CN阳极的电化学反应为典型的表面控制过程，即电流密度主要由阳极表面的反应速率决定。EIS实验显示，MFC₁和MFC₂的Rct显著低于MFC₀，表明修饰后的Fe@CN阳极有利于胞外电子传递（Extracellular Electron Transfer，EET）过程。Fe@CN阳极通过调节EPS的含量并提升其中蛋白质的含量，弥补了胞外多糖导电性差可能造成的电子传递阻力。高通量测序结果表明，Geobacter（一种典型的电活性细菌）是所有MFCs阳极生物膜的优势种群，且在Fe@CN阳极生物膜中的比例最高，说明Fe@CN阳极能够定向富集环境中的电活性微生物。本研究为具有高生物相容性、高产电性能的MFC阳极的开发提供了一种简便的方法，在污水处理、环境污染物降解等实际应用中显示出一定潜力。

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