磷掺杂CoOx基普鲁士蓝类似物自支撑镍泡沫电极实现高选择性电催化硝酸盐还原

　　本文创新性地构建了P掺杂CoOx-Fe普鲁士蓝类似物（PBAs）自支撑电极，通过原子氢（H*）介导机制高效催化硝酸盐（NO3--N）还原，在中性条件下实现99.56%的NO3--N去除率和99.22%的总氮（TN）去除率，为低成本过渡金属磷化物（TMPs）电极设计提供了新策略。

　　

Section snippets

Reagents and materials

本研究使用分析级化学品，具体材料信息详见补充材料。

Preparation of CoO_x/NF

将镍泡沫（NF）片（5 cm × 10 cm × 0.16 cm）依次在丙酮和1 M HCl中超声清洗10分钟，随后用去离子水冲洗至中性pH以去除表面污染物。

图1展示了CoO_x/NF电极的制备过程：通过水热法在NF表面原位生长CoO_x纳米片。

Catalyst characterization

通过扫描电镜（SEM）分析不同合成阶段材料的形貌变化。图1(a-f)分别展示了NF、CoO_x/NF和CoO_x-FePBAs/NF-P400的微观结构。图1(a,d)显示NF表面平整光滑；图1(b,e)可见85°C水热反应后在NF表面形成致密的CoO_x纳米片层；图1(c,f)显示CoO_x/NF与铁源结合后转化为具有立方晶体结构的CoO_x-FePBAs。经400°C磷化处理后，材料仍保持立方框架但表面变得粗糙（图1g），元素映射证实Co、Fe、O、P均匀分布（图1h-k）。X射线衍射（XRD）图谱（图2a）显示CoO_x/NF在36.5°和65.2°处出现典型Co₃O₄衍射峰，而CoO_x-FePBAs/NF呈现PBAs特征峰。磷化后材料转化为金属磷化物相，在40.5°、44.6°和47.3°处出现CoP和FeP衍射峰。X射线光电子能谱（XPS）全谱（图2b）证实P元素成功掺杂。高分辨率Co 2p谱（图2c）显示782.3 eV和798.2 eV处的金属-磷键特征峰；P 2p谱（图2d）在129.3 eV和130.2 eV处出现P-Co/Fe键合峰，表明磷原子与金属间形成强电子相互作用。

Conclusion

以NF为基底、CoO_x为前驱体，通过水热法原位生长PBAs并经高温磷化制备复合阴极电极，应用于电化学去除水中NO₃^--N的研究。通过优化二次水热铁氰化钾浓度和磷化温度等制备条件，显著提升了电极的催化性能。