微生物燃料電池（MFCs）為從廢棄物和取之不盡的生物質中回收電能提供了巨大的幫助。然而，低效率的電力生產和高昂的資金成本阻礙了其大規模的實際應用。為了解決這些棘手的問題，人們投入了大量精力來構建合理的負極，主要是提高細菌負載能力和胞外電子轉移（EET）效率。納米支架電極可以滿足上述優點，其具有較大的細菌可及表面積和高導電網絡。然而，完全利用內表面培養自然生長的細菌仍然具有一定的挑戰性。在此，研究者開發了結合碳納米管的細菌/電紡定向碳納米纖維（BEO-CNFs/CNTs）作為高效負極，以通過過濾法提高MFC性能。值得注意的是，BEO-CNFs/CNTs負極極大地增加了細菌負載量并提高了EET效率。配備BEO-CNFs/CNTs負極的MFC的最大功率密度為1016mW/m2，遠遠超出結合自然生長生物膜（574mW/m2）和市售碳布（341mW/m2）的EO-CNFs/CNTs負極。電化學結果表明，與電紡定向碳納米纖維（EO-CNFs）和電紡無序碳納米纖維（ED-CNFs）相比，BEO-CNFs/CNTs負極在MFC中具有優異的生物電化學活性。該過濾方法使存在于細菌外膜上的細胞色素c與納米纖維表面直接接觸以直接發生電化學反應，從而顯著縮短了MFC的啟動時間。綜上，該研究為利用靜電紡絲技術制備高效負極提供了新的視角。
圖1.以結合過濾生物膜的取向CNTs/CNFs為負極的示意圖。
圖2.無序PAN、取向PAN和取向PAN/CNTs納米纖維的SEM照片（a-c）；以及在Ar中經1000℃熱解后的相應圖像（d-f）；取向CNFs/CNTs納米纖維形態的TEM圖像（g）；取向CNFs/CNTs的照片（h）；所制備材料的拉曼光譜（i）。
圖3.接種之前（a）和之后（d）不同負極在10mV/s掃描速率下的循環伏安曲線；接種之前（b）和之后（e）所有負極在100kHz-0.1Hz頻率下的奈奎斯特圖；接種之前（c）和之后（f）根據EIS得出的相關電阻分布。
圖4.MFC性能：（a）電壓輸出與時間的關系；（b）生物電流產生；（c）功率密度曲線；（d,e）極化曲線和相關內阻；（f）COD去除和庫倫效率；（g）使用配備BEO-CNTs/CNFs負極的MFCs點亮LED的照片。
圖5.結合自然生長生物膜（a）和過濾生物膜（b和c）的無序CNFs，結合自然生長生物膜（d）和過濾生物膜（e和f）的取向CNFs，結合自然生長生物膜（g）和過濾生物膜（h和i）的取向CNTs/CNFs，以及結合自然生長生物膜的CC（j和k）的表面形態SEM圖像。這些負極的生物質含量。
圖6.負極生物膜的共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM）分析：（a）CC；（b）結合自然生長生物膜的取向CNTs/CNFs負極；（c）結合過濾生物膜的取向CNTs/CNFs負極。
圖7.CC和靜電紡絲取向CNTs/CNFs胞外電子轉移（EET）的可能機理。
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