DOI: 10.1021/acsami.0c02552

采用电催化膜反应器分解微污染物具有高效、环保等优点，是先进传统氧化工艺的一种很有前途的替代方法。膜电极中电催化剂的合理界面设计对反应器的性能至关重要。本文通过在碳纳米纤维膜上原位生长一维RuO2/TiO2异质结纳米棒，采用简单的水热及随后的热处理方法，制备了三维多孔膜电极。膜电极在重力驱动的电催化膜反应器中用作阳极，对双酚A和磺胺嘧啶的降解效率高达98％以上。优异的电催化性能归因于一维RuO2/TiO2异质界面结构，该结构提供了快速的电子转移、较高的羟基自由基生成率和较大的有效表面积。该项研究为理解和设计用于废水处理的新型高效、低耗的电催化膜开辟了一条新的途径。

图1.RuO2/TiO2 NRs/CNF膜电极的制备和表征。（a）制作过程的示意图。（b-d）（b）原始CNF、（c）固定在CNF上的RuO2/TiO2种子和（d）RuO2/TiO2 NRs/CNF的（b-d）SEM图像。（e）原始CNF、TiO2 NRs/CNF和RuO2/TiO2 NRs/CNF的拉曼光谱。（f）原始CNF、合成的裸RuO2粉末、裸TiO2粉末和RuO2/TiO2 NRs/CNF的XRD图谱。

图2.RuO2/TiO2 NRs/CNF膜电极的表征。（a）RuO2/TiO2 NRs/CNF的TEM图像。（b）Ti、O和Ru的EDS映射，以及（c）RuO2/TiO2 NR的HRTEM图像。（d-f）XPS光谱显示（d）RuO2/TiO2 NRs/CNF和原始CNF的C1s+Ru3d，以及（e）RuO2/TiO2 NRs/CNF和裸TiO2粉末的Ti2p和（f）O1s。

图3.在1mM K3[Fe(CN)6]+100 mM KCl中测得的电化学特征。（a）原始CNF、TiO2 NRs/CNF和RuO2/TiO2 NRs/CNF的CV曲线，扫描速率为10 mV s-1；（b）扫描速率的平方根与峰值电流密度之间的关系；（c）原始CNF、TiO2 NRs/CNF和RuO2/TiO2 NRs/CNF的LSV曲线，扫描速率为10 mV s-1；（d）原始CNF、TiO2 NRs/CNF和RuO2/TiO2 NRs/CNF的奈奎斯特图。

图4.使用不同膜电极的GD-ECMR的电催化过滤性能。（a）定制的GD-ECMR的示意图。（b）原始CNF、TiO2 NRs/CNF和RuO2/TiO2 NRs/CNF的羟基（·OH）的甲基蓝去除性能和（c）DMPO自旋捕集ESR光谱。反应条件：进料为200 mg L-1甲基蓝溶液，10 mM Na2SO4作为水性电解质，恒定电流密度为1.0 mA cm-2。（d） 以RuO2/TiO2 NRs/CNF为反应介质，在恒电流密度为1.0 mA cm-2，进料量为500μg L-1的条件下，对磺胺嘧啶和双酚A的去除率随操作时间的延长而提高。

图5.用于高效微污染物分解的RuO2/TiO2 NRs/CNF膜电极的示意图。