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一种新型电极材料—大孔块体亚氧化钛电极
电化学作为一门交叉学科，在解决当代环境和能源问题中扮演了十分重要的角色。举例来说，电化学高级氧化技术是一种清洁的水处理技术，具有效率高、无二次污染、易于控制等其它技术无法比拟的优势；另一方面，电化学能源技术则几乎渗透到当代能源领域的每个角落，如锂离子电池、太阳能电池、超级电容器、燃料电池（微生物燃料电池）等。电极材料是电化学反应的心脏，开发性能优异的电极材料始终是人们关注的热点课题。
哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室尤世界（点击查看介绍）课题组与Ti-Dynamics公司的黄一兵合作，使用商用锐钛矿TiO2作为前驱体，利用H2还原法下制备了一种新型的大孔块体亚氧化钛电极。亚氧化钛的析氧电位可高达2.5 V，在较低的电流密度下（8 mA/cm2），经过仅2h的反应，能够有效去除难降解工业废水中的有机污染物，去除率达到67%，剩余部分的可降解性提高了近1个数量级。亚氧化钛在高电位下氧化水产生能够产生具有强氧化性的羟基自由基（电位高达+2.8 V），从而无选择性地矿化水中的有机污染物，将其分解为CO2和H2O，经过50个周期的循环，有机物去除率几乎没有衰减，说明电极具有极好的稳定性。
此外，研究团队还将此电极用作微生物燃料电池（MFC）的阳极，希望以此解决MFC阳极材料强度低、传质受限、产电微生物附着性差等问题。结果表明，在MFC阳极中，电活性微生物能够在亚氧化钛阳极表面实现多层生长，生物膜密度远远大于传统的碳布电极，大孔结构（100 μm）保证了活性物质在电极内部的高效传质，产生的最大功率密度达到1500 mW/m2，比传统的碳布电极高出近60%。分析表明，亚氧化钛与电活性微生物的外层细胞色素蛋白OmcB的相互作用有可能是促进胞外电子传递效率的原因。在接近20天的测试时间内，MFC性能几乎没有衰减，说明亚氧化钛作为MFC阳极具有良好的稳定性。
与传统的石墨和碳电极相比，大孔块体亚氧化钛具有独特的优势，具体体现在：（1）具有与导体媲美的导电性和与陶瓷相当的稳定性；（2）块体电极可直接使用，简单方便；（3）大孔结构有利于活性物质在电极内部的传质；（4）以TiO2为原料制备获得，是一种真正意义上的绿色电极材料。由于具有这些独特的性质，亚氧化钛适用于各类电池和电解池体系，在解决能源和环境问题中有着诱人的前景。此项研究的相关成果于2016年发表在Journal of Materials Chemistry A和Electrochimica Acta上。
该论文作者为：Ming Ma, Shijie You, Guoshuai Liu, Jiuhui Qu, Nanqi Ren
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：
Macroporous monolithic Magnéli-phase titanium suboxides as anode material for effective bioelectricity generation in microbial fuel cells
J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 18002-18007, DOI: 10.1039/C6TA07521E
导师介绍
尤世界教授
http://www.x-mol.com/university/faculty/35054