اثر تابش نور مرئی بر روی عملکرد پیل سوختی میکروبی حاوی zno دوپه شده با نیتروژن به عنوان فوتوکاتالیست کاتدی

پیل‌های سوختی میکروبی (mfc) سیستم‌های زیست- الکتروشیمیایی هستند که با فعالیت میکروارگانیسم‌ها به عنوان زیست‌کاتالیست، انرژی شیمیایی موجود در مواد آلی را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند. در این پژوهش فوتوکاتالیست zno دوپه شده با نیتروژن سنتز شده و به عنوان فوتوکاتالیست در محفظه کاتدی پیل سوختی میکروبی (mfc) مورد آزمایش قرار گرفت. فوتوکاتالیست سنتز شده به روش‌های پراش اشعه x (xrd) و طیف سنجی بازتاب نفوذی (drs) تعیین ویژگی شد. مطالعات طیف‌سنجی فرابنفش- مرئی، کاهش گاف نواری ازev 1/3 برای zno خالص بهev 9/2 برای n-zno سنتز شده را تایید کرد. حداکثر دانسیته توان تولیدی در سیستم mfc تحت تابش نور mw/m2 43/12 بود که نسبت به حالت بدون تابش (mw/m2 43/2) افزایش یافته بود. ولتاژ مدار باز (ocv) نیز تحت تابش نور 377 میلی ولت به دست آمد که بیشتر از حالت تاریکی فوتوکاتالیست (289 میلی ولت) بود. نتایج آنالیز ولتامتری روبشی خطی (lsv) برای کاتد نیز نشان‌دهنده افزایش میزان جریان تولیدی برای کاتد حاوی فوتوکاتالیست n-zno تحت تابش نور بود. با استفاده از این فوتوکاتالیست کاتدی تحت تابش نور، مقدار حذف اکسیژن موردنیاز شیمیایی (cod) در مدت زمان 72 ساعت به 80 % رسید که نسبت به حالت بدون نور (71%) بیشتر بود. این نتایج نشان می‌دهد که فوتوکاتالیست zno دوپه شده با نیتروژن می‌تواند به عنوان کاتالیست مناسبی برای کاتد سیستم‌های mfc مورد استفاده قرار گیرد.

effect of visible light irradiation on the performance of microbial fuel cell with n doped zno as a cathodic photocatalyst

in this study, n doped zno photocatalyst was synthesized and tested in the cathodic chamber of microbial fuel cell (mfc). the synthesized photocatalyst was characterized by x-ray diffraction (xrd) and diffuse reflectance spectroscopy (drs). uv-visible spectral study confirmed the reduction of band gap of 3.2 ev for pure zno to 2.9 ev for n-doped sample. the mfc produced a maximum power density of 12.43 mw/m2 under light irradiation which was higher than that of without irradiation (2.43 mw/m2). the open circuit voltage (ocv) of mfc was 377 mv under light irradiation, which increased by 130% compared to 289 mv in the dark. the linear sweep voltammogram (lsv) of the mfc cathode proved that the n-zno cathode current was higher under light illumination than in the dark. this cathode configuration also achieved the maximum chemical oxygen demand (cod) removal of 80% after 72 h of mfc operation under light irradiation which was higher than dark condition (71%). these results indicate that nitrogen-doped zno photocatalyst can be used as a suitable catalyst for mfc cathodes.