微生物燃料电池（MFCs）为从废弃物和取之不尽的生物质中回收电能提供了巨大的帮助。然而，低效率的电力生产和高昂的资金成本阻碍了其大规模的实际应用。为了解决这些棘手的问题，人们投入了大量精力来构建合理的负极，主要是提高细菌负载能力和胞外电子转移（EET）效率。纳米支架电极可以满足上述优点，其具有较大的细菌可及表面积和高导电网络。然而，完全利用内表面培养自然生长的细菌仍然具有一定的挑战性。在此，研究者开发了结合碳纳米管的细菌/电纺定向碳纳米纤维（BEO-CNFs/CNTs）作为高效负极，以通过过滤法提高MFC性能。值得注意的是，BEO-CNFs/CNTs负极极大地增加了细菌负载量并提高了EET效率。配备BEO-CNFs/CNTs负极的MFC的最大功率密度为1016mW/m2，远远超出结合自然生长生物膜（574mW/m2）和市售碳布（341mW/m2）的EO-CNFs/CNTs负极。电化学结果表明，与电纺定向碳纳米纤维（EO-CNFs）和电纺无序碳纳米纤维（ED-CNFs）相比，BEO-CNFs/CNTs负极在MFC中具有优异的生物电化学活性。该过滤方法使存在于细菌外膜上的细胞色素c与纳米纤维表面直接接触以直接发生电化学反应，从而显著缩短了MFC的启动时间。综上，该研究为利用静电纺丝技术制备高效负极提供了新的视角。
图1.以结合过滤生物膜的取向CNTs/CNFs为负极的示意图。
图2.无序PAN、取向PAN和取向PAN/CNTs纳米纤维的SEM照片（a-c）；以及在Ar中经1000℃热解后的相应图像（d-f）；取向CNFs/CNTs纳米纤维形态的TEM图像（g）；取向CNFs/CNTs的照片（h）；所制备材料的拉曼光谱（i）。
图3.接种之前（a）和之后（d）不同负极在10mV/s扫描速率下的循环伏安曲线；接种之前（b）和之后（e）所有负极在100kHz-0.1Hz频率下的奈奎斯特图；接种之前（c）和之后（f）根据EIS得出的相关电阻分布。
图4.MFC性能：（a）电压输出与时间的关系；（b）生物电流产生；（c）功率密度曲线；（d,e）极化曲线和相关内阻；（f）COD去除和库伦效率；（g）使用配备BEO-CNTs/CNFs负极的MFCs点亮LED的照片。
图5.结合自然生长生物膜（a）和过滤生物膜（b和c）的无序CNFs，结合自然生长生物膜（d）和过滤生物膜（e和f）的取向CNFs，结合自然生长生物膜（g）和过滤生物膜（h和i）的取向CNTs/CNFs，以及结合自然生长生物膜的CC（j和k）的表面形态SEM图像。这些负极的生物质含量。
图6.负极生物膜的共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）分析：（a）CC；（b）结合自然生长生物膜的取向CNTs/CNFs负极；（c）结合过滤生物膜的取向CNTs/CNFs负极。
图7.CC和静电纺丝取向CNTs/CNFs胞外电子转移（EET）的可能机理。
