磷酸功能化碳泡沫电极的绿色水热合成及其对六价铬高效去除机制研究

本研究通过葡萄糖水热碳化（HTC）在镍泡沫表面原位合成无粘结剂碳泡沫电极，并利用植酸进行磷酸功能化改性。该电极展现出三维多孔结构、优异电化学性能（CV/EIS验证）及对Cr(VI)的高效去除能力（pH 10时达96.47%），为重金属污染治理提供绿色解决方案。

　　

Highlight

碳泡沫电极通过环境友好的原位水热碳化过程成功在镍泡沫表面合成，其中葡萄糖作为碳前体。该方法能够制备无粘结剂电极，具有增强的电导率和界面完整性。为优化碳泡沫的表面覆盖度、多孔结构和电化学性能，水热碳化过程被重复进行。随后，通过将碳泡沫浸泡在植酸溶液中引入磷酸功能化，以增强其亲水性和用于铬（VI）去除的活性位点。使用SEM、FTIR、拉曼光谱（Raman）、XPS、BET、循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）进行的全面表征证实了具有磷酸官能团的三维多孔碳网络的成功形成以及电化学行为的改善。在电还原-电吸附实验中，通过三个水热循环制备的电极在pH 10下实现了96.47%的高Cr(VI)去除效率，而磷酸功能化电极在pH 3、电极电位-1.0 V下120分钟内表现出最佳性能，效率为72.94%。这些发现凸显了绿色合成、无粘结剂碳泡沫电极在高效重金属去除方面的潜力，尽管表面功能化的进一步优化是必要的。

Conclusions

在这项研究中，无粘结剂碳泡沫电极通过使用镍泡沫作为支撑基材的原位水热过程成功制备。系统变化水热循环次数和磷酸官能团的引入以优化表面覆盖和电化学性能。使用FTIR、拉曼光谱、XPS、SEM-EDS、BET比表面积分析和电化学技术的全面表征证实了具有改善导电性的三维多孔碳网络的形成。电化学测试表明，经过三个水热循环的碳泡沫（H3C1）表现出最高的双层电容和最低的电荷转移电阻。功能化电极（H3C1P）在酸性条件下对Cr(VI)去除表现出增强的性能，这归因于磷酸基团的存在促进了表面亲和力和还原过程。这些发现突出了绿色合成、无粘结剂碳泡沫电极在电化学水处理应用中的潜力。