微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）是通过微生物催化分解阳极液中的有机质,将化学能转化为电能的一种装置,其主要应用前景是处理废水的同时产生清洁能源,既可以减少废水处理过程中的大量能源消耗,又可以回收一部分能量。然而,目前MFC的输出性能仍无法满足实际的应用需求。另外,大量的研究表明,阳极是制约MFC性能的主要因素,其能够影响微生物在电极表面的附着,及电子的传递效率等。而目前常用的一些阳极材料包括:碳基材料、复合材料及金属基材料等,有着电荷转移阻抗高、造价高、亲水性低及稳定性差等缺点,限制了MFC的进一步发展。本论文通过使用具有优异的电催化活性的碳化钨（Tungsten Carbide,WC）纳米粒子修饰的碳布电极作为MFC阳极,实现了单个电压周期达6-7 d的稳定输出,其最高输出功率密度为3.257 W/m²,是CC阳极的2.15倍。WC/CC阳极生物膜上的菌群Geobacter、Geothrix和Pseudomonas占比高达81.7%,实现了83.2%的高库伦转化效率。基于Ti₃C₂ MXenes具有优异的导电性及片片相叠的手风琴状结构,能够加快阳极液中基质的传递,有望实现比WC阳极更高的功率密度输出。所以,我们首次将Ti₃C₂ MXenes用于MFC的阳极,并取得了当前同类MFC中最高的功率输出3.74 W/m²,同时还能够实现快速的电压启动及0.645 V的高电压输出（外接电阻为1000Ω）。Ti₃C₂ MXenes阳极表面的物种非常丰富,是对照组CC阳极表面的2倍,Geobacter及未知的产电菌群共同作用导致了高效地电能输出。另外,Lentimicrobium对促进胞外电子传递也起到了重要的作用。细胞色素及纳米导线共同促进了WC及Ti₃C₂ MXenes阳极表面的胞外电子传递。以上基于WC和Ti₃C₂MXenes阳极所实现的高性能MFC,主要归因于其对产电微生物的高效富集,及催化分解有机物并提高胞外电子传递效率的能力。