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本论文针对目前微生物电解池(Microbial electrolysis cell，MEC)在废水处理产氢过程中廉价阴极析氢过电势高与氢气产率低的问题，采用电极修饰的方法，对生物阴极、不锈钢毡阴极以及泡沫镍阴极进行表面改性。在MEC产氢研究中，修饰后的阴极提高了氢气的产出和COD的去除负荷，且制作成本较Pt/C阴极得到大幅度的降低，为MEC面向废水处理生物产氢技术的实际应用提供了重要的理论指导，主要取得了以下几个成果: 1.采用电化学的方法，制备了还原氧化石墨烯(rGO)修饰的生物阴极，促进了电子从阴极到微生物的电子传递过程，降低了外加电能的输入。在0.6 V时，MEC的最大产氢量达到0.37±0.02 m3 H2 m3 d-1（每天每立方阴极液体），是未修饰生物阴极的3.7倍。 2.采用碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)与rGO共同修饰生物阴极，在电极表面形成三维立体的结构，提高了电极比表面积和微生物的附着量。在0.6V时，rGO/CNT共修饰生物阴极的最大产氢量达到1.25±0.06 m3 H2 m3 d-1，是Pt/C阴极的1.19倍，且制作成本比Pt/C阴极降低了73.49％。 3.以市售的不锈钢纤维毡(Stainless Steel Fiber Felt，SSFF)材料作为阴极，考察了阴极的孔径和腐蚀性对产氢性能的影响。研究发现，SSFF孔径越大，越利于产生更高的电流密度和更低的阴极过电势，故孔径为100μm的SSFF阴极(SSFF-100)产氢最优。在0.9 V时，SSFF-100的氢气最大产率为3.66±0.43 m3H2 m3 d-1，与Pt/C阴极的产率相当，并且随着运行周期的加大，SSFF-100出现一定程度的腐蚀性，导致产氢性能逐渐提高。 4.在SSFF研究基础上，通过电沉积的方法制备Ni-SSFF阴极，进一步提高了SSFF的产氢性能。在0.6V时，MEC的氢气最大产率为1.35±0.03 m3 H2 m3d-1，是Pt/C阴极的1.28倍，其制作成本比Pt/C阴极降低了80.49％。 5.以泡沫镍(Ni foam)作为阴极展开MEC的产氢研究，通过电极表面修饰得到Ni3S2/Ni foam、Ni12P5/Ni foam和PANI/Ni foam三种阴极，进一步提高了氢气的产率和COD的去除负荷。在0.6V时，Ni12P5/Ni foam阴极以1645.61±90.00 mg d-1的高COD去除负荷和1.72±0.03 m3 H2 m3 d-1的高氢气产率成为产氢除废最优阴极，Ni3S2/Ni foam阴极则以比Pt/C阴极降低95.38％的造价成为最廉价阴极。