2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——生物電池技術(shù)在能源化學(xué)中的研究現(xiàn)狀考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題備選項(xiàng)中，只有一個(gè)是符合題意的，請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填寫在題干后的括號(hào)內(nèi)。）1.下列哪一項(xiàng)不屬于生物電池根據(jù)催化劑類型劃分的主要類別？A.酶基生物電池B.微生物燃料電池C.組織電池D.化學(xué)燃料電池2.在典型的酶基生物電池中，通常利用哪個(gè)（些）酶作為生物催化劑？（多選）A.葡萄糖氧化酶(GOD)B.乳酸脫氫酶(LDH)C.腺苷三磷酸酶(ATPase)D.過氧化氫酶(CAT)3.微生物燃料電池（MFC）中，電子從微生物細(xì)胞傳遞到外電路的主要途徑通常是什么？A.直接接觸傳遞B.通過介導(dǎo)體分子（如黃素類物質(zhì)）C.通過外部提供的電子載體（如亞鐵離子）D.以上都是，具體取決于微生物種類和系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.提高酶基生物電池性能的關(guān)鍵策略之一是酶固定化，其主要優(yōu)點(diǎn)不包括：A.提高酶的穩(wěn)定性B.增加酶與底物的接觸面積C.易于回收和重復(fù)使用D.降低電池的歐姆電阻5.生物電池的能量密度通常低于傳統(tǒng)化學(xué)電池，主要限制因素不包括：A.可用生物催化劑的活性有限B.底物的濃度和傳輸效率C.電極材料的導(dǎo)電性D.電池內(nèi)部不可逆的副反應(yīng)6.以下哪種材料常被用作微生物燃料電池的陽極材料？A.石墨氈B.石墨烯C.活性炭D.以上都是7.在生物電池的電化學(xué)表征中，開路電壓（OCV）主要反映了什么？A.電池的內(nèi)阻B.電池的理論最高電壓C.電池的功率密度D.電池的能量密度8.生物電池在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用不包括：A.水體中有機(jī)污染物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)B.氣體污染物（如CO?）的檢測(cè)C.電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)D.土壤中重金屬含量的連續(xù)監(jiān)測(cè)9.下列哪項(xiàng)技術(shù)不是用于提高生物電池中底物傳質(zhì)效率的方法？A.管道化設(shè)計(jì)B.使用多孔電極材料C.降低體系溫度D.攪拌或泵送10.生物電池面臨的主要挑戰(zhàn)之一是長期運(yùn)行下的性能衰減，這可能由以下哪些因素引起？（多選）A.催化劑失活或降解B.微生物群落結(jié)構(gòu)變化C.電極材料的腐蝕或堵塞D.底物消耗和產(chǎn)物積累的毒化效應(yīng)二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填寫在橫線上。）1.生物電池是將________能轉(zhuǎn)化為________能的裝置。2.酶基生物電池中，通常在陽極發(fā)生________反應(yīng)，在陰極發(fā)生________反應(yīng)。3.微生物燃料電池（MFC）中，作為電子受體的是通常溶解在電解液中的________或氧氣。4.為了提高酶在生物電池中的應(yīng)用效率和穩(wěn)定性，常用的方法是________化。5.衡量生物電池性能的重要指標(biāo)包括功率密度、能量密度和________效率。6.利用生物電池技術(shù)處理廢水并發(fā)電的裝置被稱為________。7.生物電池的電極反應(yīng)通常需要特定的________條件，如pH值和溫度。8.電子在生物催化劑（酶或微生物）中傳遞的過程有時(shí)被稱為________傳遞。9.與傳統(tǒng)化學(xué)電池相比，生物電池的突出優(yōu)點(diǎn)之一是環(huán)境友好，通常在________條件下工作。10.隨著生物電池技術(shù)的發(fā)展，其潛在應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，除了portablepowersources外，還包括________和________等。三、簡答題（每小題5分，共15分。請(qǐng)簡要回答下列問題。）1.簡述酶基生物電池的基本工作原理。2.比較微生物燃料電池（MFC）和酶基生物電池在催化劑類型和工作環(huán)境方面的主要區(qū)別。3.提出至少三種提高生物電池（任一類型）功率密度的方法。四、論述題（10分。請(qǐng)就以下問題展開論述。）當(dāng)前，生物電池技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。請(qǐng)結(jié)合當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，分析制約生物電池大規(guī)模應(yīng)用的主要技術(shù)瓶頸，并就如何克服這些瓶頸提出你的見解和建議。試卷答案一、選擇題1.D2.A,B,D3.B,C,D4.D5.D6.A,B,C7.B8.C9.C10.A,B,C,D二、填空題1.化學(xué)能；電能2.氧化；還原3.納米級(jí)氧氣4.固定5.庫侖6.微bialdesalinationcells(MDCC)/污水處理生物反應(yīng)器7.環(huán)境8.質(zhì)子9.中性或近中性10.醫(yī)療設(shè)備；環(huán)境監(jiān)測(cè)三、簡答題1.解析思路：首先點(diǎn)明酶基生物電池利用酶作為催化劑。然后闡述其基本工作過程：在陽極，酶催化底物（如葡萄糖）發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生電子和質(zhì)子；電子通過外電路流向陰極；在陰極，酶（或輔酶）催化氧氣等電子受體發(fā)生還原反應(yīng)，與電子和質(zhì)子結(jié)合生成產(chǎn)物（如水）；質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜（如果存在）或通過溶液從陽極流向陰極，完成電荷平衡；最終形成電流輸出。2.解析思路：先對(duì)比催化劑：酶基用的是純酶或固定化酶；MFC用的是活體微生物群落。再對(duì)比工作環(huán)境：酶基通常在較溫和的條件下（如中性pH，室溫）工作，對(duì)底物選擇性可能較高；MFC涉及微生物代謝，可能需要在特定微生物生長的pH和溫度條件下工作，底物范圍更廣，可以是多種有機(jī)物。3.解析思路：從增加輸出電壓和增加輸出電流兩方面考慮。增加電壓：選擇具有更高氧化或還原電位反應(yīng)的酶或底物/電子受體；優(yōu)化電極材料，降低電極反應(yīng)過電位。增加電流：提高酶或微生物的負(fù)載量；增大電極表面積（如使用多孔材料、納米結(jié)構(gòu)）；優(yōu)化傳質(zhì)條件（如改進(jìn)流場(chǎng)設(shè)計(jì)、增加擴(kuò)散層）；使用高效電子傳遞路徑（如直接接觸、高效介體）。四、論述題解析思路：1.識(shí)別瓶頸：從生物材料、反應(yīng)過程、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、成本和標(biāo)準(zhǔn)化等角度識(shí)別主要瓶頸。例如：酶/微生物的穩(wěn)定性與活性有限、易失活；功率密度和能量密度普遍偏低；傳質(zhì)效率受限；電極材料成本高、可擴(kuò)展性差；長期運(yùn)行性能不穩(wěn)定；缺乏統(tǒng)一的性能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)?；a(chǎn)工藝。2.結(jié)合現(xiàn)狀分析：針對(duì)每個(gè)瓶頸結(jié)合當(dāng)前研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。如：穩(wěn)定性問題通過酶工程改造、固定化技術(shù)、納米材料復(fù)合等改善；性能問題通過新型高效催化