生物质能是一种可再生能源，主要来源于农林牧废弃物、食品加工废弃物、生活垃圾等，来源丰富并且产量巨大。传统处理方式简单粗放，污染重，并且难以对能源进行回收利用。“十三五”规划提出要积极有效的发展生物质能源。沼气池、燃烧发电取得了较为明显的进步，但是仍然存在能源转化率低和安全隐患等。近年来，燃料电池技术的发展为生物质能的利用提供了新的思路。

燃料电池可直接氧化有机物产电，不受卡诺循环限制，能量转化率可达90%，远远高于传统发电装置。研究人员对燃料电池开展了大量研究，开发了固体氧化物燃料电池(SOFC)、氢燃料电池(RFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、碱性燃料电池(AFC)等，并取得了显著进展。但是由于反应条件和燃料选取等限制，考虑将燃料电池与有机废弃物的处理相结合，并在常规条件下反应的研究还比较少。2014年有研究报道了一种光催化燃料电池，以多金属氧酸盐(POMs)作为光催化剂和电子载体，在相对较低的温度下利用纤维素淀粉作为燃料进行放电性能测试，得到0.72mW/cm2的最大功率密度。之后又进一步改造，在阴阳极使用不同的POMs作为催化剂，构建液相催化燃料电池(LCFC)，经测试，处理葡萄糖时功率密度可达45mW/cm2，处理柳枝稷干粉和新鲜黄蔓时，功率密度可达43和51mW/cm2。

2017年，GONG等进一步改进了催化剂，使用麦秸作为燃料，最终功率密度达到了100mW/cm2，并且在100℃下经循环反应后，87%的麦秸被分解。可以看到，LCFC在处理有机废弃物时具有一些明显优势：(1)可以彻底降解糖类有机物，对实际有机物也有不错的效果；(2)电池放电性能也有很大提升。但是还有一些地方需要改进，比如催化剂POMs虽然性能良好，但是价格较贵并且具有毒性，容易对环境产生危害。

2017年XU等研究了FeCl3和POMs混合催化的效果，探索了FeCl3作为共催化剂的可能性。FeCl3是一种Lewis酸，本研究在此基础上，深入研究了不同Lewis酸和POMs的阳极混合催化效果，由于在多种POMs中磷钼酸(PMo12)性能最优，因此本研究以PMo12作为阳极催化剂(记为POM-I)进行混合催化；同时探究了不同磷钼钒酸作为阴极催化剂(记为POM-II)的性能，最后以糖类和蛋白类物质作为底物，测试了电池性能。这些研究对于进一步开发直接利用生物质的燃料电池具有重要意义。

1材料和方法

1.1实验材料和设备

1.2实验方法

1.2.1LCFC系统搭建和运行如图1，LCFC系统主要由电池、储液罐、动力装置构成。电池由双极板和石墨毡作为三维电极，Nafion115膜作为质子交换膜，以及ABS外壳构成，储液罐分为阳极(POM-I)和阴极(POM-II)，由蠕动泵作为动力装置。石墨毡通过超声清洗、烘干、高温煅烧进行预处理，以提升其性能；质子交换膜在80℃水浴条件下通过3%双氧水、1mol/LH2SO4、去离子水进行预处理。投加的有机物反应，有机物被氧化，POM-I被还原；(2)在电池中，被还原的POM-I与来自阴极储液罐的POM-II反应，通过质子交换膜进行质子迁移，电子随外电路传递，产生电流，POM-I被氧化，同时POM-II被还原；(3)阴极储液罐中通入氧气，发生反应，POM-II被氧化再生。因此整个系统反应中，POMs不断再生，得以循环。整体反应式如下：Biomass+O2→CO2+H2O+其它

1.2.2阴极液H12P3Mo18V7O85(HPA-73p)和H14P2Mo10V8O62(HPA-82p)制作(1)称取一定量V2O5加入到去离子水中，并加入一定量双氧水，在冰水降温条件下搅拌约30min，加入磷酸继续搅拌约1h，记为溶液A；(2)称取一定量MoO3加入去离子水，并加入磷酸，加热搅拌反应至溶液呈黄色，将A液缓慢加入，继续反应，蒸发定容。最终溶液浓度为0.3mol/L。两种阴极液制作过程相似，药品使用量不同，具体可参考已有方法。

1.2.3FeCl3、SnCl4和PMo12混合催化与性能测试按照表3，计算并准确称量药品后均匀混合，加入5mL磷酸，并用去离子水定容至25mL，密封后放置在95℃水浴锅中黑暗条件下反应2h，取出冷却备用(POM-I)。将制备好的电解液接入LCFC系统，室温下运行。待开路电压稳定后，接入电化学工作站通过线性扫描伏安法(LSV)进行性能测试。测试条件如下，扫描速率0.1mV/s，初始电压为开路电压，最终电压为0.01V。最后进行数据处理，得出电池电压-电流密度-功率密度图(U-I-P图)。