实现污染物定向降解转化 同时 高效 回收 能源 是解决 环境问题 和 能源危机 的有效 途径 。 氢是一种清洁，环保无污染的能量载体。 高焓污染物具有 易于氧化转化电位低 的 特性 。利用高焓污染物的氧化 降解 来代替 电催化分解 水 的 产 氧过程 不仅 可 实现了污水的有效净化，同时还 能产生 清洁的 氢 能源 。 如何提高电极的转化降解效率和开发高效节能的反应器 装置 是解决 电催化技术推广应用 的关键问题。 因此， 以含氮污染物为例， 本 文 研究了 廉价 高活性阴极 阳极 材料电极的 制备 和高效污水净化反应器的开发 并重点 关注 了 含氮 污染物 在电极 表面水相界面 的 迁移转化 降解过程以及 电催化析 氢的效能与机制 。
      （1） 利用水热 高温煅烧法，制备出一种混相 碳化钼 Mo 2 C ）催化 阴 极并应用于电解水 析 氢的研究 。 发现 在 混相碳化钼的 制备 过程 中， 调节钨的含量可 实现碳化钼从 α 相向 β 相 的 转变。 热重 示差扫描量热法（ TG DSC 分析结果表明 增加钨含量来提高 Mo C 键形成所需的温度， 是 实现 α Mo 2 C 向 β Mo 2 C转变的关键 。 受益于最佳的 Mo C 键长 、 大的表面积和丰富的活性位点（ Mo 2+具有最佳钨添加量的 混相 碳化钼纳米 电极（ 0.5 W Mo x C 表现 出优异的 电催化活性和稳定性。 与纯 的 α Mo 2 C 和 β Mo 2 C 相比， 混相碳化钼电极 在 0.5 M H 2 SO 4和 1.0 M KOH 电解液中 分别需要过电位 148 和 93 mV 就能 驱动 20 mA cm 2 的析氢 电流密度。
      （2） 通过热解的方法引入 B 元素制备 出 具有氧空位的氧化钴（ CoO ）纳米线电极 ，并应用于电解水产氧反应的研究 。 密度泛函理论（ DFT ）计算预测硼（ B ）的掺入有利于过渡金属氧化物中氧空位的产生。结合 X 射线光电子能谱 ，拉曼和 电子顺磁共振光谱证实了氧缺陷的存在。近边结构 X 射线吸收光谱XANES ）进一步研究发现 CoO 中的氧空位主要来源于 B 掺杂引起局部结构
的无序化。 DFT 计算结果进一步揭示了 *OOH 的氧化是丰富氧空位 CoO 析氧反应（ OER ）的限速步骤，并且氧空位的存在可以有效地降低破坏 Co O 键的反应势垒，从而有助于提高 OER 动力学。 因此 ，在碱性条件下，丰富氧空位的CoO电极在 280 mV 的低过电位下可驱动 10 mA cm 2 的电流密度。
      （3） 鉴于 电解水产氧反应 缓慢 的动力学和高的反应 势垒 ，本文利用 高焓含氮 污染物氧化降解来替代传统的 产氧反应 并 开发了高效 产 氢协同污染物降解的 连续流反应器 。 高分辨透射电镜（ HRTEM ）显示污染物降解过程 中 原位改变了磷化镍表面的活性物种。 X 射线光电子能谱和原位拉曼光谱证实理想价态Ni III 金属氧化物的形成导致尿素的有效降解。这有利于加速阳极电极和电解质界面的电荷转移， 因而 可实现低电压下污染物的连续降解和能源氢气的持续产生，并以此为基础，构建了一种穿透式连续流反应器。电压为 1. 5 0 V 时，在含尿素和 无尿素 的溶液中， 可 分别驱动电流 31.3 和 6.3 mA ，而电压增加到 1.70 V时，电流可达到 150 和 40 mA 。在电量通过 578 C 后， 尿素 氧化 降解的 去除 效率达到 79.6 。
       （4） 利用电池充放电原理， 以磷化钴 阵列多孔 电极作为 充放电 调节器， 在时间上 有效地分离了电解池中的 阴极 析氢 和 阳极 污染物降解 反应， 可 实现持续充电产氢 、 快速放电去污的 功效，从而达到 无膜 分离 H 2 的目的 。 基于此，研发出一种无膜 高效氢气 分离 和污染物降解 电解槽 装置 。 在 该 电解槽 装置 中， CoP电极 的高电容性可持久的 分离 H 2 ，在 平均电压 1.38 V 驱动 10 mA cm 2 的电流密度下， H 2 分离 时间可达到 1500 s ，几乎是纯 CoP 480s ）的 3.1 倍。可以选择的是，存储在 CoP 纳米阵列中的能量可以通过与 NiSe 阳极的快速氨氮污染物降解耦合而消耗掉。凭借此，仅需要 1.55 V 的总电压就可驱动含氨污染物溶液中 10 mA cm 2 的电流密度，比在碱性条件下低了 0.14 V 。