微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells,MFCs）是一种利用产电微生物,通过生物电化学反应将生物质能转化为电能,同时又可以降解污水中的有机物质的新型能源技术。近年来,越来越多的研究致力于增强阴极氧还原活性以改善空气阴极微生物燃料电池的产电性能。为了实现微生物燃料电池的工业化应用,研究人员需寻求高活性且低成本的阴极催化剂来替代现有的以铂基材料为代表的贵金属催化剂。本研究筛选并制备出两种过渡金属（二硫化钼和铜）掺杂碳纳米管材料作为阴极氧还原反应的催化剂,并分别对材料的结构特征、电催化性能和电池的产电效果、成本降低效果等进行分析与探讨。Mo S₂/CNT复合材料通过水热法合成。Mo S₂/CNT样品的物理表征结果显示片状Mo S₂均匀嵌入到CNT网络结构中,且存在大量暴露的Mo边缘,提供氧还原活性位点。装配有Mo S₂/CNT阴极的MFC可达到的最大功率密度为53.0 m W m^-2,这与原CNT(21.4m W m^-2)或Mo S₂(14.4 m W m^-2)阴极的MFC相比有明显提升。电化学测试结果也表明了合成材料具有增强的电催化活性,这可能归因于Mo S₂/CNT交织的网状结构提供的巨大比表面积和大量的Mo边缘提供的丰富的氧还原活性位点。Mo S₂/CNT的单位产电成本为95.4$/W,比Pt/C降低约95.4%。这种基于CNTs的非贵金属催化剂为MFCs阴极材料的开发提供了新的可能。负载有Cu的CNT通过化学还原法制备。从表征结果可以看出,金属纳米粒子的数量和尺寸随着铜负载量的增加而增加,Cu⁰颗粒和铜的化合物共存于CNT的表面。电化学测试结果表明适当的铜负载量对于实现最佳的电催化活性有重要影响,Cu与CNT的最优质量比为2:10,可以推测Cu-CNT-2样品中形成的活性位点和比表面积达到了最佳平衡。Cu-CNT-2的电子转移数为3.95,这表明四电子还原途径是该电极上氧还原过程的主要电子转移途径。所有制备的Cu-CNT系列催化剂均负载于空气阴极上测试,同样是具有Cu-CNT-2催化剂的MFC产生了最高的最大功率密度(106.13 m W m^-2)。Cu-CNT的单位产电成本为79.5$/W,与Pt/C相比降低了约97.1%。