微生物燃料电池（Microbial fuel cell,MFC）是一种直接利用细菌氧化有机物产电的新型绿色能源回收技术,而空气阴极的性能直接影响着电池电能输出。因此,开发高催化活性和廉价的阴极催化剂,提高活性炭空气阴极MFC性能是本文的主要研究目标。以金属有机框骨架ZIF-67为前驱体,成功合成出Co₃O₄/Ni Co₂O₄双壳纳米笼催化剂,并将其用于修饰活性炭阴极MFC。由于催化剂中含有的Co²⁺/Co³⁺,Ni²⁺/Ni³⁺氧化还原电子对与独特纳米笼结构之间的协同作用,显著提高了阴极的电化学活性。经优化后的MFC的最大功率密度达到1810?m W﹒m^-2,比空白活性炭阴极MFC高出104%。以双金属有机框骨架Zn Co-ZIFs为前驱体,通过在还原性气体下煅烧得到钴纳米粒子嵌入氮掺杂碳纳米管多面体催化剂Co-NCNT,首次作为氧还原催化剂应用于活性炭阴极MFC。由于钴纳米粒子与氮掺杂碳纳米管之间的协同作用,极大提高了催化剂的氧还原活性,表现出与商业Pt/C电极类似的四电子转移途径。而且经修饰的阴极总电阻和电子转移电阻明显降低,开路电势和交换电流密度显著提高,得到了2252?m W﹒m^-2超高功率密度输出,比空白活性炭阴极MFC提高了154%。因此,合成的Co-NCNT在活性炭阴极MFC中展现出更高的产能性能,是一种有望成为替代贵金属Pt并且应用于MFC的阴极催化剂。以金属有机框骨架ZIF-67为前驱体,通过高温碳化和次亚磷酸钠磷化相结合的方法成功制备出Co₂P嵌入氮掺杂碳框架催化剂Co₂PNC,并将其作为氧还原催化剂修饰活性炭阴极,显著提高了阴极的电化学性能。经Co₂PNC优化后的MFC阴极性能得到了显著提升,最大功率密度达到1994?m W﹒m^-2,比空白活性炭阴极MFC高出125%。测试表明Co₂P与氮掺杂碳框架之间的电子相互作用大大提高了催化剂的氧还原活性,在氧气还原反应中表现出与商业Pt/C电极类似的电子转移机制。