海绵封装石墨阴极构建限域结晶空间增强电化学还原与沉淀去除Cr(VI)的机制研究

本刊推荐：本研究创新性地设计了一种海绵封装石墨阴极（S-GP）结构，通过构建限域反应空间有效解决了电化学还原-原位沉淀（ERIP）技术中Cr(III)沉淀导致的阴极钝化难题。该设计实现了电子传输界面与沉淀区域的物理分离，显著提升Cr(VI)还原效率（95.6%）和总铬去除率（70.4%），为重金属废水治理提供了新型电极设计策略。

　　

Highlight亮点聚焦

本研究开发的S-GP电极通过独特的空间限域设计，像"智能反应器"一样将Cr(III)沉淀区域与电子传输界面物理隔离，不仅有效缓解阴极钝化现象，更为Cr(OH)₃沉淀提供了理想成核位点。这种"区室化"设计使电生OH^?和Cr(III)离子在海绵体内高效富集，显著提升沉淀效率。

Improving the efficiency of electrochemical reduction in-situ precipitation for Cr removal

提升铬去除的电化学还原-原位沉淀效率

当低电位阴极介入含Cr(VI)酸性溶液时，Cr(VI)通过多步还原途径转化为Cr(III)：先扩散至阴极表面获得电子生成不稳定的Cr(V)中间体，继而还原为Cr(III)水合离子（如[Cr(H₂O)₆]³⁺）。与此同时，水电解产生的OH^?在阴极界面形成局部碱性微环境，促使Cr(III)发生水解沉淀反应，最终形成Cr(OH)₃沉淀覆盖层。然而传统电极表面会因沉淀积累导致活性位点屏蔽和电荷转移阻力增加，就像给电极穿了件"绝缘外套"，严重制约反应持续进行。

Conclusion结论

本研究成功开发的新型海绵封装石墨阴极（S-GP）通过多孔聚酯海绵构建独特的限域反应空间，实现了Cr(III)沉淀区域与电子传输阴极表面的空间分离。该设计像"分子篱笆"一样将沉淀限制在海绵体内，使阴极表面保持清洁且电子转移持续高效。在最佳条件（初始pH 2.0，电流密度2.5 A m^?2）下实现95.6%的Cr(VI)还原效率和70.4%的总铬去除率，显著优于裸石墨电极。该创新性限域电化学系统为Cr(VI)修复和固体产物管理提供了高效策略。