4.3.1 微生物母菌培養
本實驗的微生物取自新竹的稻田底泥，稻田底泥碳源幾乎來自難分解的腐植 質，因此其產電菌的較多。至稻田內取部分泥土裝進容器並添加培養基(4.3.3 提及)，
在容器內曝氮氣以打造無氧環境，定時添加 10mM 醋酸鈉篩選以醋酸鈉為食的微 生物，如 Figure 4-1 所示。培養數周後以此溶液做為母菌，後續的生物燃料電池取 此母菌作為微生物來源。
Figure 4-1 Schematic illustration of inoculating microbials.
4.3.2 陽極材料製備
1. 陽極材料的清洗
(1) 將石墨氈剪裁成2 × 1 × 0.6公分。
(2) 在抽氣過濾下，以去離子水清洗石墨氈。
(3) 將石墨氈浸泡至丙酮溶液內，並同時超音波震盪兩小時。
(4) 常溫下真空烘乾兩小時，代名為 AT 石墨氈，其示意圖如 Figure 4-2 所示。
Figure 4-2 Schematic illustration of cleaning process.
2. 陽極材料親水性改質
(1) 以下為各個陽極材料親水性改質之製程，其示意圖如 Figure 4-3 所示。
(1.1)將上述石墨氈(AT)放入常溫 10M 硫酸中浸泡 5 小時，代名為 AT-S 石墨 氈。
(1.2)將石墨氈(AT)放入常溫 10M 硝酸中浸泡 5 小時，代名為 AT-N 石墨氈。
(1.3)將石墨氈(AT)放入常溫 10M 硝酸中浸泡 5 小時，再 130 ℃烘 2 小時，代 名為 AT-NH 石墨氈。
(2) 將上述樣本以去離子水清洗至中性，並放入 130 ℃烘箱 2 小時。
4.3.3 電解液製備
Table 4-3 為電解液的配方，配置完後放入滅菌釜，以 1.2 kgf/cm2、121 ℃的高 溫高壓蒸氣滅菌 40 分鐘，待降至常溫後，放入-20℃冷凍庫，以防止微生物孳生。
Table 4-3 The composition of microbial broth.
Medium
Salt Concentration(g/L) Na2HPO4 6
KH2PO4 3
NaCl 0.5
NH4Cl 0.1 MgSO4．7H2O 0.1 CaCl2．2H2O 0.015
Vitamin B1 0.01 Vitamin C 0.01 MnCl2．4H2O 0.0001 FeSO4．7H2O 0.0003 CoCl2．6H2O 0.00017 ZnSO4．7H2O 0.0002
H3BO3 0.00005
4.3.4 特性分析
陽極材料在製備完成後，主要分成材料分析、電化學分析兩種分析，再進行 生物燃料電池測試，最後對生物陽極上的微生物做電化學與材料分析，比對微生 物附著於石墨氈上造成的生化現象。
1. 材料分析
(1) Contact Angle Meter.
(2) Scanning electron microscope, SEM.
(3) X-ray photoelectron spectroscopy, XPS 2. 電化學分析
在電化學分析時，取石墨氈(2x1x0.6cm)並連接鈦棒(直徑~1mm)作為工作電極，
白金作為對應電極，氯化銀(3.5M)作為參考電極，並且將待測樣本以超音波震盪 10 分鐘，其示意圖如 Figure 4-4 所示，進行以下分析：
(1) Cyclic Voltammetry, CV.
(2) Linear Sweep Voltammetry.
Figure 4-4 Schematic illustration of electrochemical analysis.
3. 生物燃料電池測試
本實驗使用無膜式空氣陰極，以 2cm2石墨氈樣本作為陽極材料並外加鈦棒傳 遞電子，3.14cm2鍍白金碳紙(0.4mg Pt/cm2)作為陰極，外接不銹鋼板傳遞電子，電 極間距離 5 公分並以 150Ω 電阻為外部電負載。加入母菌與 100 毫升電解液後將系 統內曝氮氣 10 分鐘，放置於恆溫 30℃烘箱內，每次添加 10mM 醋酸鈉，在電阻兩 端的電壓差低於 50mV 重新添加醋酸鈉。其示意圖如 Figure 4-5 所示。
Figure 4-5 Schematic illustration of MFC operation.
極化曲線量測:
在生物燃料電池循環至第四圈，約第 20 天時，將外部電負載從 100Ω 逐漸漸 增至2500Ω，每次換電阻將等待 1 小時至微生物穩定再記錄電壓。
4.生物陽極材料分析
進行完生物燃料電池測試後，陽極材料上附著大量的微生物，將進行以下分 析以確認微生物含量、分布狀況與電化學活性:
(1) Scanning electron microscope, SEM.
(2) Cyclic Voltammetry, CV.
(3) Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS.