通訊單位：齊齊哈爾大學(xué)中國化學(xué)化工學(xué)院黑龍江省精細(xì)化工催化合成重點實驗室；黑龍江大學(xué)催化技術(shù)國際聯(lián)合研究中心化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院教育部功能無機(jī)材料化學(xué)實驗室論文DOI：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.11.023 CoTiO3/Ce-PbO2(CTO/CP)電催化劑表現(xiàn)出卓越的電催化降解性能，在180 min內(nèi)甲基紅降解效率高達(dá)90.0%，COD去除率為88.3%，其中·OH是主要反應(yīng)物種。此外，CTO/CP還顯示出較高的瞬時電流效率（ICE）/平均電流效率（ACE）、較低的電化學(xué)能耗（EEC）和理想的穩(wěn)定性以及對許多不同染料的廣泛適用性和可重復(fù)使用性。總的來說，通過引入CP來增強(qiáng)CTO的電催化性能的策略擁有“不可限量”的前景。如今，為尋求解決日益嚴(yán)重的有機(jī)水污染危機(jī)的有效解決方案，科研工作者已經(jīng)進(jìn)行了大量的試驗。難降解廢水的處理方法很多，如生物氧化法、吸附法和化學(xué)氧化法等。然而，上述各種方法都存在一些缺陷。電催化氧化工藝（簡稱EOPs）作為一種流行的高級氧化工藝，由于其獨特的優(yōu)點，如對許多污染物具有良好的氧化去除效率，與其他方法相比易于操作和環(huán)境相容性，已受到廣泛關(guān)注。EOPs的核心是催化劑材料，它直接決定著最終的污染物礦化去除效率。因此，探索具有優(yōu)異催化活性的電催化劑及其相應(yīng)的制備技術(shù)，以滿足實際使用的要求，具有十分重要的意義。根據(jù)該課題組先前的研究報道，CoTiO3具有很強(qiáng)的氧化還原行為、較高的電化學(xué)活性和良好的電子導(dǎo)電性，并首次將該催化劑應(yīng)用到電催化降解方向。然而，在整個電催化降解過程中，低析氧電位的CoTiO3會導(dǎo)致更多的副反應(yīng)。此外，浸漬熱解法制備的CoTiO3電極穩(wěn)定性差也是實際應(yīng)用中的一大挑戰(zhàn)?？紤]到PbO2其良好的穩(wěn)定性、優(yōu)異的導(dǎo)電性和良好的析氧電位，可以進(jìn)一步提高CoTiO3的電催化穩(wěn)定性，該課題組將Ce摻雜PbO2在CoTiO3上形成分層結(jié)構(gòu)。充分克服了CoTiO3催化劑的缺點，為實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用打下了夯實的基礎(chǔ)。本研究中該課題組充分考慮電沉積行為的性質(zhì)，通過特定的浸漬熱解法，首先在Ti基底上構(gòu)筑具有分層泥裂結(jié)構(gòu)的CoTiO3催化劑做為Ce-PbO2的修飾位點，為電沉積行為提供了更廣闊的場所，形成牢不可破的多層結(jié)構(gòu)（圖1），大幅度延長了催化劑的壽命。研究過程中，該團(tuán)隊還以功能為導(dǎo)向，對多種模擬有機(jī)污染物進(jìn)行降解測試和穩(wěn)定性測試，該電催化體系對高濃度甲基紅模擬污染物（140mg·L-1）的降解效率高達(dá)90%（圖2），同時展示出88.3%的COD移除效率。在穩(wěn)定性測試中，循環(huán)六次前后的降解效率幾乎不變。為此，該課題組通過強(qiáng)酸和高密度電流的條件對來該電催化劑進(jìn)一步進(jìn)行加速壽命測試，電極失效時間延長至先前的七倍之多結(jié)果表明，無論在降解性能還是穩(wěn)定性能等等，憑借Ce-PbO2催化劑的優(yōu)良性能，使該課題組先前研究報道的CoTiO3電催化劑“如虎添翼”。▲圖2 電催化降解過程示意圖（a），CTO涂層數(shù)量和電沉積時間CP條件優(yōu)化、（b）電流效率條件優(yōu)化（c）、pH值條件優(yōu)化、（d）電極距離條件優(yōu)化（e）和甲基紅濃度條件優(yōu)化（f）
鑒于此，該課題組還系統(tǒng)地檢查了CTO/CP、CTO和CP對甲基紅（MR）的相應(yīng)COD去除效率（圖6a）。CTO/CP在180 min時的COD去除率（約88%）也比CTO和CP（僅49.1%和40.5%）電極高。在計算圖3a中獲得的上述COD去除數(shù)據(jù)后，每個電催化劑的瞬時電流效率（ICE）、平均電流效率（ACE）和電化學(xué)能耗（EEC）分別如圖3b、c和d所示。毫無疑問，CTO/CP比其他同類產(chǎn)品（CTO和CP）具有更高的ICE/ACE和更低的EEC，這主要得益于多層結(jié)構(gòu)間的協(xié)同效應(yīng)賦予了CTO/CP催化劑在廣泛的經(jīng)濟(jì)適用性。這種“看似簡單，實則高效”的電催化劑，為水資源提供了一種高效清潔的途徑，也顯示了較好的工業(yè)催化應(yīng)用前景。▲圖3 MR的COD移除效率示意圖（a）、ICE對比圖（b）、ACE對比圖（c）和EEC對比圖（d）。（外加電流密度為30 mA cm-2，pH值為7.0）
與CTO和CP相比，CTO/CP復(fù)合材料具有低電荷轉(zhuǎn)移電阻、大電活性面積、高析氧電位等優(yōu)異的電化學(xué)性能，CTO/CP復(fù)合電催化劑的電催化降解性能增強(qiáng)，在180 min時，CTO/CP電催化劑的降解效率高達(dá)90.0%，COD去除率為88.3%。在整個降解過程中，對初始濃度、外加電流密度、極板間距和溶液pH值是重要的影響因素進(jìn)行優(yōu)化，-OH是MR降解的主要電化學(xué)反應(yīng)自由基。此外，最佳CTO/CP電催化劑還顯示出較高的ICE/ACE、較低的EEC和理想的穩(wěn)定性、對許多不同染料的廣泛適用性和可重復(fù)使用性。并對甲基紅的降解機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)分析?？傊?，該工作為高效電催化降解難降解有機(jī)染料提供了一種很有前景的方案。董國華，男，漢族，1980年5月24日，內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)人，2005年7月本科畢業(yè)于吉林大學(xué)環(huán)境科學(xué)系（理學(xué)學(xué)士），2007年7月碩士畢業(yè)于吉林大學(xué)環(huán)境科學(xué)系師從李魚教授（理學(xué)碩士），2018年3月博士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)博士畢業(yè)師從楊玉林教授（工學(xué)博士），2020年9月教育廳青年訪問學(xué)者黑龍江大學(xué)合作導(dǎo)師井立強(qiáng)教授；主要研究方向為多酸、納米復(fù)合物材料的制備以及光電催化、鈣鈦礦太陽能電池的制備研究，目前在國內(nèi)外知名期刊 Adv.Energy Mater., ACS Appl. Mater. Interfaces, Chemsuschem, Electrochemica Acta, Applied surface science發(fā)表論文40余篇，近5年以第一作者或通訊作者發(fā)表SCI論文20篇，影響因子累計近100，分別主持和參與市級以上項目10項（含國家自然科學(xué)基金面上1項），獲黑龍江省高?？茖W(xué)技術(shù)二等獎1項，2019年任黑龍江省分析測試協(xié)會會員。郎坤，男，漢族，1996年10月5日，本畢業(yè)于齊齊哈爾大學(xué)，目前為齊齊哈爾大學(xué)在讀研究生（研三），入學(xué)兩年來收錄二作（導(dǎo)師一作）和共一作SCI三篇，授權(quán)專利一篇。https://www.scholat.com/dongguohua該成果以“A Novel Composite Anode via Immobilizing of Ce-doped PbO2 on CoTiO3 for Efficiently Electrocatalytic Degradation of Dye”為題，近日發(fā)表于《Journal of Colloid and Interface Science》上。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、黑龍江省自然基金等項目的資助。https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0021979721019081
