SMT：构建大面积三维多孔非晶-纳米晶复合催化剂增强电芬顿性能

【引言】

如何高效、环保和低成本地解决水体污染问题是当前环境修复领域亟待解决的重要难题。非晶合金催化剂因其经济性、可调控的显微结构和高效催化活性，在基于高级氧化技术的污水降解领域引起广泛关注，但现有的非晶合金催化剂（非晶条带）在循环性能（小于10次）方面仍然存在明显不足，限制其在环境修复领域中的应用。通过微观结构工程、构筑多孔结构和施加辅助电流，可以提高非晶合金催化剂的反应动力学。因此，构筑三维多孔结构的非晶-纳米晶复合催化剂，同时结合电芬顿技术，将能综合提升非晶合金催化剂的降解效率和循环性能。

【成果简介】

最近，华中科技大学材料科学与工程学院非晶态材料研究室团队采用超音速火焰喷涂技术，在泡沫铜基体表面喷涂非晶粉末，设计并制备了一种大面积三维多孔结构非晶-纳米晶复合催化剂（简称3DP MGC），并系统研究了其催化性能与机理。

研究发现：经超音速火焰喷涂技术，成功制备出大面积（150×150×2 mm³）三维多孔结构非晶-纳米晶复合催化剂。3DP MGC具有高度粗糙表面，涂层平均厚度约为35 μm，且涂层内部存在5~15 μm的微孔隙，涂层为非晶-纳米晶复合双相结构，这种双相结构可形成原电池效应，有利于催化性能的提升。

在对罗丹明B染料污水的降解中，3DP MGC表现出优异的电芬顿降解性能，其催化性能超过了传统零价金属和大多数非晶条带催化剂。电芬顿下3DP MGC可在60 s内完全降解5 L的罗丹明B染料溶液。在循环性能方面，3DP MGC可以循环使用60次而仍然保持95.1%的降解率。高效的催化活性源于非晶相和纳米晶相之间的原电池效应，同时铜基体增强了催化过程中的电子转移过程，使得降解过程中有着·OH、·O₂^-、¹O₂多种活性氧物质的参与。超高的循环性能源于可持续的Fe(II)活性表面。此外，基于PMS活化的高级氧化技术，3DP MGC可在宽的pH范围内工作。同时3DP MGC可以高效降解实际石油污水。3DP MGC的高效性、低能耗和优异的环境容忍度使得其在实际污水处理中具有广阔的应用前景。

相关论文以题为“Boosting electro-Fenton performance by constructing a large-scale 3D-architected amorphous–nanocrystalline structure”近期发表在Sustainable Materials and Technologies期刊上（原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214993723001021）。论文第一作者为华中科技大学硕士生庹璐，通讯作者为华中科技大学张诚教授。该研究得到了国家重点研发计划（No. 2021YFE0100600），国家自然科学基金（52192604）和湖北省拔尖青年人才计划（2020CFA086）等项目资助。

【图文导读】

图1 3DP MGC电芬顿降解具有优异的降解性能

图2 3DP MGC电芬顿降解具有60次的循环性能

图3 3DP MGC电芬顿降解机理