DOI: 10.1021/acsami.0c02552
采用電催化膜反應器分解微污染物具有高效、環保等優點，是先進傳統氧化工藝的一種很有前途的替代方法。膜電極中電催化劑的合理界面設計對反應器的性能至關重要。本文通過在碳納米纖維膜上原位生長一維RuO2/TiO2異質結納米棒，采用簡單的水熱及隨后的熱處理方法，制備了三維多孔膜電極。膜電極在重力驅動的電催化膜反應器中用作陽極，對雙酚A和磺胺嘧啶的降解效率高達98％以上。優異的電催化性能歸因于一維RuO2/TiO2異質界面結構，該結構提供了快速的電子轉移、較高的羥基自由基生成率和較大的有效表面積。該項研究為理解和設計用于廢水處理的新型高效、低耗的電催化膜開辟了一條新的途徑。
圖1.RuO2/TiO2 NRs/CNF膜電極的制備和表征。（a）制作過程的示意圖。（b-d）（b）原始CNF、（c）固定在CNF上的RuO2/TiO2種子和（d）RuO2/TiO2 NRs/CNF的（b-d）SEM圖像。（e）原始CNF、TiO2 NRs/CNF和RuO2/TiO2 NRs/CNF的拉曼光譜。（f）原始CNF、合成的裸RuO2粉末、裸TiO2粉末和RuO2/TiO2 NRs/CNF的XRD圖譜。
圖2.RuO2/TiO2 NRs/CNF膜電極的表征。（a）RuO2/TiO2 NRs/CNF的TEM圖像。（b）Ti、O和Ru的EDS映射，以及（c）RuO2/TiO2 NR的HRTEM圖像。（d-f）XPS光譜顯示（d）RuO2/TiO2 NRs/CNF和原始CNF的C1s+Ru3d，以及（e）RuO2/TiO2 NRs/CNF和裸TiO2粉末的Ti2p和（f）O1s。
圖3.在1mM K3[Fe(CN)6]+100 mM KCl中測得的電化學特征。（a）原始CNF、TiO2 NRs/CNF和RuO2/TiO2 NRs/CNF的CV曲線，掃描速率為10 mV s-1；（b）掃描速率的平方根與峰值電流密度之間的關系；（c）原始CNF、TiO2 NRs/CNF和RuO2/TiO2 NRs/CNF的LSV曲線，掃描速率為10 mV s-1；（d）原始CNF、TiO2 NRs/CNF和RuO2/TiO2 NRs/CNF的奈奎斯特圖。
圖4.使用不同膜電極的GD-ECMR的電催化過濾性能。（a）定制的GD-ECMR的示意圖。（b）原始CNF、TiO2 NRs/CNF和RuO2/TiO2 NRs/CNF的羥基（·OH）的甲基藍去除性能和（c）DMPO自旋捕集ESR光譜。反應條件：進料為200 mg L-1甲基藍溶液，10 mM Na2SO4作為水性電解質，恒定電流密度為1.0 mA cm-2。（d） 以RuO2/TiO2 NRs/CNF為反應介質，在恒電流密度為1.0 mA cm-2，進料量為500μg L-1的條件下，對磺胺嘧啶和雙酚A的去除率隨操作時間的延長而提高。
圖5.用于高效微污染物分解的RuO2/TiO2 NRs/CNF膜電極的示意圖。
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