南大《AFM》：一种具有真空封装结构的多相催化剂！

电-芬顿(EF)工艺在处理农药、医药、医院废水等含盐废水和有害有机污染物方面具有广阔的应用前景。电-芬顿(EF)工艺可连续产生高氧化电位(0.28V/SHE)的羟基自由基(·OH)，进一步降解有机污染物。EF的主要优点是可以通过选择性还原O₂在原位电生成H₂O₂，从而避免了废水中的有机污染物被直接电脱除。然而，传统的EF工艺仍然需要酸性条件(2.5<pH<3.5)来避免铁离子的沉淀，这限制了其规模化应用。异相电芬顿(EF)工艺是一种很有前途的现场生产H₂O₂和避免铁泥的废水处理技术。然而，阴极催化剂的制备仍然是一个挑战。催化剂表面不仅要具有2e^-氧还原反应和多相Fenton反应的活性中心，而且防止活性金属的连续浸出也是保持其催化活性的关键。

来自南京大学的学者成功地制备了一种具有真空封装结构的多相催化剂(rGO@Fe_xP/C)，其中碳支载的磷化铁(Fe_xP/C)紧密覆盖在相互连接的还原石墨烯(rGO)片层中。反应后rGO@Fe_xP/C的溶解铁浓度仅为裸Fe_xP/C(14.6mgL⁻¹)的3.37%，而rGO@Fe_xP/C对磺胺甲恶唑(10mgL⁻¹)的降解性能优于Fe_xP/C。对不同外层厚度和不同形貌结构的rGO@Fe_xP/C的研究表明，rGO@Fe_xP/C独特的结构对磺胺甲恶唑(10mgL^-1)的降解起决定性作用。这种超薄碳层中的多级磷化铁复合材料作为有效的多相电芬顿催化剂，具有突出的稳定性和催化活性。相关文章以“Hierarchical Iron Phosphides Composite Confned in Ultrathin Carbon Layer as Effective Heterogeneous Electro-Fenton Catalyst with Prominent Stability and Catalytic Activity”标题发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202106311

图1.rGO@Fe_xP/C准备步骤示意图

图2.a)Pb，b)Bare Fe_xP/C，c-f)rGO@Fe_xP/C和i)rGO-Fe_xP/C；g，h)rGO@Fe_xP/C的扫描电镜和透射电镜图像。

图3.Fe_xP的鉴定：a)PB和rGO@Fe_xP/C的XRD图谱；b)在HRTEM图像上观察到的Fe_xP /C的晶格间距；c)Fe 2p和d)rGO@ Fe_xP /C的P 2p XPS谱；e) Fe_xP /C和rGO@ Fe_xP/C的氧还原性能：O₂饱和条件下的CV曲线；f)1800rpm下的极化曲线。

图4.a)以不同催化剂为阴极的SMZ降解性能，b)一级动力学速率常数(inset-a)的值，以及相应的H₂O₂生成；c)反应后不同催化剂的溶解铁浓度；d)在不同初始pH条件下RGO@Fe_xP/C阴极降解SMZ的性能；e)使用Fe_xP/C和RGO@Fe_xP/C阴极的循环实验。

图5)RGO@Fe_xP/C异质EF体系中常见ROS的检测；b)添加不同自由基清除剂的RGO@Fe_xP/C阴极上ff降解性能；c)RGO@Fe_xP/C和d)Fe_xP/C的DMPO-OH信号随时间的变化。

图6.rGO@Fe_xP/C-y的RGO厚度对去除SMZ性能的影响：a)非均相EF工艺；b)RGO@ Fe_xP /C-y的Tafel图与RGO的厚度；c) Fe_xP/C和d) Fe_xP /C和d)RGO@Fe_xP /C在FVE循环前后的高分辨率Fe2p谱；e)CV 和f)RGO@ Fe_xP/C的电化学阻抗谱。

图7.rGO@Fe_xP/C-y随rGO层厚度增加的等效电路和相应的反应机理

在本工作中，通过改进的真空过滤方法制备了rGO@Fe_xP/C，其中互连的rGO层紧密地附着在分级的Fe_xP/C纳米立方体上。通过调节rGO层的厚度进一步研究发现，外层rGO层起到了加速内层FeP/C Fe^II/Fe^III循环的作用，为在非均相EF过程中配置高活性金属中心以同时提高其ORR性能和化学稳定性提供了一种简单的方法，这将为多相EF反应催化剂的设计和制备提供参考，并促进其在废水处理中的实际应用。（文：SSC）