[发明专利]一种增强Fe2+

说明书

本发明涉及一种增强Fesupgt;2+/supgt;浓度的双功能MoSsubgt;2/subgt;‑GF复合阴极、光电Fenton体系及其应用，所述光电Fenton体系包括光阳极、复合阴极、电解质溶液和外接电路，所述复合阴极是在GF电极表面修饰0.2～0.6mMMoSsubgt;2/subgt;（以制备该复合阴极所用的Nasubgt;2/subgt;MoOsubgt;4/subgt;·2Hsubgt;2/subgt;O浓度用量计）形成的MoSsubgt;2/subgt;‑GF复合阴极，所述电解质溶液中添加有Fesupgt;2+/supgt;；所述复合阴极中的GF可以原位生成Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;，与所述电解液中的Fesupgt;2+/supgt;引发自由基反应；所述复合阴极上的MoSsubgt;2/subgt;可以还原溶液中的Fesupgt;3+/supgt;生成Fesupgt;2+/supgt;，保证溶液中Fesupgt;2+/supgt;和HO•高效持续产生，从而提升光电Fenton体系有机废水降解并发电的性能。

技术领域

本发明涉及一种复合阴极及光电Fenton体系，具体涉及一种增强Fe²⁺浓度的双功能MoS₂-GF复合阴极材料、基于该阴极的光电Fenton体系及其应用。

背景技术

大量有机物通过工业废水、市政污水等方式被排放到环境水体中，不但会污染环境，而且会严重威胁人类健康。传统水处理方法效率较高，但是过程复杂且能耗较高；而有机废水中也蕴含着巨大的有机化学能，不仅能满足水处理的能量需求，而且具有对外发电的潜力（Sci Total Environ, 2019. 668: p. 966-978）。如果能加以利用，可以减少能源短缺背景下的不必要消耗，同时解决环境保护和能源回收两大问题。

光催化废水燃料电池（PFC）可以利用太阳光能产生电子/空穴对氧化分解有机物并对外发电，具有较好的应用前景。在此基础上，B. X. Zhou等人将Fe²⁺引入PFC形成光电芬顿（Fenton）体系，Fe²⁺与阴极产生的双氧水（H₂O₂）发生Fenton反应，产生大量羟基自由基（反应1），大幅度地提升了有机物的降解性能（Water Research, 2017. 108: p. 293-300）。然而，在该光电Fenton体系中Fe²⁺消耗速率远大于再生速率（ k₁k₂）且仅可在强酸性环境中发挥作用，这极大地限制了其应用推广。

H₂O₂+ Fe²⁺→ Fe³⁺+ OH^-+ HO• k₁= 76 M^-1•S^-1             (1)

H₂O₂+ Fe³⁺→ Fe²⁺+ O₂•^-+ 2H⁺k₂= 0.02 M^-1•S^-1(2)

近年来，大量研究致力于提升Fe²⁺再生速率，包括加入有机络合物和无机共催化剂的方法。然而这些方法均不适用于光电Fenton体系，例如加入有机络合物会造成二次污染，加入无机共催化剂则会极大降低光阳极光吸收效率，导致光电Fenton体系性能大幅度下降等。因此，如何在提升Fe²⁺再生速率的同时，不降低光电Fenton体系性能且不会造成二次污染成为影响该体系应用的技术瓶颈。

发明内容