Cu2 O电沉积薄膜与碳钢基底的协同效应在硝酸盐电催化还原反应中的研究

针对水体硝酸盐污染治理难题，研究人员通过电沉积法在碳钢(CS)基底上构建Cu2 O薄膜电极(Cu2 O/CS)，系统研究了其硝酸盐电催化还原性能。研究发现Cu2 O与CS存在显著协同效应，使还原电流强度达Cu2 O/Cu电极的10倍以上，为开发高效低成本硝酸盐处理技术提供了新思路。

　　

随着工业废水与农业径流导致的水体硝酸盐污染日益严重，开发高效处理技术成为环境领域的重大挑战。硝酸盐不仅破坏水生生态系统，更会通过饮用水威胁人类健康，引发高铁血红蛋白症等疾病。传统处理方法存在效率低、成本高等缺陷，而电化学还原技术因其环境友好、操作简便等优势备受关注。其中，铜基电极在碱性条件下展现出卓越的硝酸盐还原活性，但存在电位高、易中毒等问题。与此同时，纳米结构金属氧化物因其独特的电子特性成为催化材料新宠，Cu₂
O薄膜更因其低成本、高载流子迁移率等优势被寄予厚望。然而单一Cu₂
O导电性差、稳定性不足的缺陷制约了其应用。

为突破这些限制，研究人员创新性地将Cu₂
O薄膜与碳钢(CS)基底复合，系统研究了二者在硝酸盐电催化还原中的协同效应。通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征证实，电沉积时间可调控薄膜结晶度与形貌，获得(111)晶面择优取向的立方相Cu₂
O，且呈现n型半导体特性。电化学测试显示，Cu₂
O/CS电极的起峰电位与CS电极相当，但还原电流强度呈现Cu₂
O/CS >> Cu₂
O/Cu >> Cu >> CS的显著差异，证实基底材料对催化活性的关键影响。特别值得注意的是，Cu₂
O薄膜在还原过程中产生的氧空位能稳定NO₂
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中间体，从而选择性生成NH₃
，这一发现为定向调控反应路径提供了理论依据。

研究团队采用循环伏安法(CV)优化电沉积参数，在55°C、pH=6的醋酸铜电解液中，于-0.4V电位下制备Cu₂
O薄膜。通过莫特-肖特基测试测定薄膜载流子浓度达3.29×10¹⁹
cm^-3
，解释了其优异导电性。对比实验发现，CS基底通过Fe的d空轨道与NO₃
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孤对电子相互作用，显著促进硝酸根活化，而Cu₂
O则提供高效电子传输通道，二者协同作用使催化性能产生质的飞跃。

【Cu₂
O电沉积行为】章节揭示，在-0.4V沉积电位下可获得致密均匀的Cu₂
O薄膜，XRD显示其立方相结构特征峰，SEM观察到典型的八面体形貌。电化学测试表明，沉积时间直接影响薄膜结晶完整性，进而影响催化活性。

【结论】部分强调，该研究首次证实Cu₂
O/CS体系存在显著协同效应，其催化活性远超单一组分。CS基底降低反应过电位，Cu₂
O薄膜提供高活性位点，这种"基底活化-薄膜传导"的协同机制为设计新型复合电极提供了范式。该成果发表于《Journal of the Indian Chemical Society》，对发展高效、稳定的硝酸盐处理技术具有重要指导价值，尤其为工业废水处理提供了低成本解决方案。

研究团队Saliha Boufelgha等人通过系统的实验设计，不仅解决了Cu₂
O薄膜独立应用的导电性瓶颈，更开创性地利用廉价碳钢基底提升催化性能，这种"贵材贱用"的策略对推动电催化技术实际应用具有里程碑意义。未来研究可进一步探索Cu₂
O晶面调控与CS表面态的关系，以更精准地设计协同催化体系。