综述：碳基电催化电极在废水中阴离子污染物去除中的应用研究

这篇综述系统探讨了碳纳米管(CNT)、石墨烯及其复合材料作为电催化电极在废水阴离子污染物(如氰化物、氟化物、硝酸盐/亚硝酸盐、磷酸盐及阴离子染料)去除中的应用。文章详细阐述了吸附-电子转移-还原反应(ET/PT)的协同机制，强调了脉冲电压原位清洁和金属/金属氧化物(MnNiWO4/Fe2O3@PCP)掺杂对提升电极稳定性和选择性的作用，同时指出规模化应用中面临的腐蚀、电流效率及成本挑战。

　　

碳基电催化电极的革命性应用

电催化机制解析

碳基材料通过四步核心机制实现阴离子去除：污染物首先吸附于CNT或石墨烯的高比表面积活性位点；随后在电场驱动下发生电子转移(ET)，将NO₃^-逐步还原为N₂；最终还原产物从电极解吸。研究特别指出，π-π堆叠和静电作用主导了甲基橙(MO)等染料的吸附，而脉冲电压可原位清除电极表面硫化物沉淀，维持90.5%的氟化物去除率。

明星材料性能对比

• 石墨烯衍生物：氧化石墨烯(GO)通过羟基/羧基与污染物形成氢键，LaHAP/3D-rGO复合材料对氟化物的吸附容量达149.253 mg/g
• 碳纳米管：MnOx-CNTs/Ti电极使酸性红B降解效率提升40%，其三维结构延缓基底腐蚀
• 复合纳米纤维：MnNiWO₄/CNF杂化材料通过2.35 eV窄带隙实现85%橙II盐光催化降解

工业级应用瓶颈

尽管Pd-Cu/CNT电极能在<1.2V电位下实现99%硝酸盐还原，但实际应用中面临三大挑战：

1. 经济性：贵金属掺杂使电极成本增加300%
2. 稳定性：连续运行3个月后，硫沉淀导致燃料电池功率下降至5 W/m³
3. 选择性：PANi-CNT电极对F^-/Cl^-的选择比仅1.22

未来突破方向

最新研究显示，氮掺杂石墨烯(N-G)可稳定COOH*中间体，将CO₂转化效率提升至10⁴ S/m。而UiO-66@CNT复合材料通过胺基功能化，对刚果红(CR)的吸附量达556 mg/g，循环7次仍保持90%活性，为下一代智能电极设计指明方向。