多级结构磷化铁@硬碳复合阴极材料实现高效异相电芬顿降解苯酚

针对传统均相电芬顿(EF)技术pH适用范围窄(需pH 2-4)及催化剂稳定性差等问题，研究人员开发了具有多级孔结构的磷化铁@硬碳(HAC@FeP)复合阴极材料。通过高温煅烧-化学活化-磷化铁掺杂协同策略，该催化剂在中性条件下180分钟内实现95.4%苯酚降解率和61.4%COD去除率，且循环20次后仍保持90%活性，突破了传统EF技术对酸性环境的依赖，为废水处理提供了新型高效稳定的异相电芬顿解决方案。

　　

随着工业废水排放量激增，含有苯酚等难降解有机污染物的废水处理成为环境领域重大挑战。传统电芬顿技术虽能通过产生羟基自由基(•OH)高效降解污染物，但存在两大瓶颈：一是必须在强酸性环境(pH 2-4)下运行，中性条件下铁离子会形成氢氧化物沉淀；二是均相催化剂易失活且产生铁泥二次污染。针对这些痛点，广西大学的研究团队在《Journal of Cleaner Production》发表创新成果，开发出具有"链甲"结构的多级孔磷化铁@硬碳(HAC@FeP)复合阴极材料，成功实现了宽pH范围内的高效稳定降解。

研究采用高温煅烧活化生物质碳、化学气相沉积磷化等关键技术，通过SEM、XPS、电化学测试等手段系统表征材料特性。以苯酚为模型污染物，在自制电解槽中评估催化性能，结合自由基捕获实验阐明反应机制。

【材料与试剂】部分显示，研究以椰子壳为碳源，通过KOH活化构建具有1066.64 m²/g高比表面积的硬碳基底，为FeP纳米颗粒提供锚定位点。

【形貌分析】结果表明，FeP纳米颗粒均匀分布在碳骨架的微孔结构中，形成独特的"核-壳"保护结构。XPS证实FeP中Fe^δ+与P^δ-的电荷再分布，这种电子结构加速了Fe^III/Fe^II循环，使H₂O₂转化效率提升3.2倍。

【结论】部分指出，最优HAC@FeP-3样品在pH 3-9范围内均保持90%以上苯酚去除率，突破传统EF的pH限制。其性能优势源于三方面：(1)硬碳基质保护FeP免受•OH攻击；(2)多级孔道促进传质；(3)FeP金属特性促进电子转移。

该研究的重要意义在于：首次将生物质衍生硬碳与磷化铁结合构建异相EF催化剂，为解决传统技术pH敏感、铁泥产生等问题提供了新思路。催化剂20次循环后铁溶出量<0.8 mg/L，显著低于欧盟排放标准(2 mg/L)，为工业废水处理提供了兼具高效性、稳定性和经济性的解决方案。研究结果对推动电芬顿技术实际应用具有重要参考价值，也为其他难降解有机污染治理提供了材料设计范式。