清华大学张正华课题组ACB：空间限域三维石墨烯水凝胶电催化膜用于高效水净化

本研究开发了一种以三维石墨烯水凝胶负载铜纳米颗粒膜（Cu-GHM）为阴极的电化学过一硫酸盐（PMS）活化系统，通过压缩应力精准调控膜孔隙架构，实现纳米限域空间从13.5 nm到5.0 nm的调控。背景：水环境中难降解痕量污染物构成全球性威胁，传统工艺难以有效去除；过硫酸盐基高级氧化工艺面临ROS利用率低、传质受限等挑战。研究目的：构建新型电催化膜系统，通过调控限域尺度优化催化性能，阐明电场效应与限域效应协同催化机制。结论：最小孔径（5.0 nm）使降解动力学常数提升8.1倍；体系对13种新污染物去除率达73%–100%，通过100小时连续运行稳定性测试；阴极电场稳定了Cu氧化还原循环，抑制金属浸出；纳米限域增强反应物富集、改善界面电子转移，与电场效应协同催化；无需外部电解质，能耗仅0.07 kWh/m³。