文献速递|清华大学ACB:具有空间限制的3D石墨烯水凝胶支撑铜纳米颗粒的电催化膜，用于先进的水处理

本研究针对基于过硫酸盐的高级氧化工艺中活性氧物种利用率不足及质量传递受限的问题，设计了一种具有可调纳米限制空间的3D石墨烯水凝胶支撑铜纳米粒子膜（Cu-GHM）作为阴极的过一硫酸盐电化学活化系统。研究目的是探索纳米限制效应与电场效应的协同作用机制，以提升污染物降解效率。通过可控压缩将孔径从13.5 nm调节至5.0 nm，发现最小孔径使降解动力学提高了8.1倍，这归因于局部反应物浓度增加、质量传递改善及界面电子转移促进。系统在真实水样中对13种新兴污染物的降解率达73%–100%，并在100小时连续运行中表现出长期稳定性。机理研究表明，表面C=O和C–O基团是活性位点，高价Cu(III)物种和电子转移过程起核心作用。分子动力学模拟和第一性原理计算揭示了纳米限制增强的催化途径及电场效应。结论表明，该策略为设计高效能带电膜系统用于水处理提供了理论基础。