铬和砷 作为 毒性较高 的重 （类 金属 污染物， 严重 危害 着 人类 健康 。主要常见于 采矿冶炼等工业废水 以及 地下水 中， 在 水环境 中 以 含氧阴离子形式存在， 其 价态多变 ，处理工艺复杂 。 在 电化学处理中 一般 将其 氧化或者还原之后 去除。 铬 和砷在水环境 中的 氧化还原 往往 需要很高 的 电势， 电化学 体系中 容易 发生电解水和氧还原 等其他副反应 降低了电子 利用效率，从而具有很低的法拉第 效率，消耗 电能 较大 。 二维材料 表面 缺陷 和 异 相界面 的 可 控 可 调为电催化原位产生 具有 氧化还原性质 的中间 产物提供可能性，这些 中间产物 可以用来氧化 或者还原处理废水中 的 铬 、 砷 。因此 采用二维电催化材料作为电极材料有望解决 电化学 处理 铬、砷过程中由于副反应造成的电子利用效率低的问题 。本文 通过研究制备具有 电催化 析氢、 两电子 氧还原等性质的 二维 电催化 材料，将其应用电化学处理 废水 中的铬、砷 ，其 主要 研究内容如下：
    （1）电沉积制备 二硫化钼 薄膜 电极本研究
    通过电 沉积 -煅烧 方法 制备二硫化钼 薄膜 电极， 分别 采用 氯化锂 、氯化钠和氯化钾 三种 碱金属盐 溶液为 电解液 电沉积 制备 二硫化钼薄膜电极 其 具有不同的电催化析氢 性能 。 实验 结果 表明， 相同 实验条件下 以 氯化锂 、 氯化钠和 氯化钾为电解液 时 ，其 电催化 析氢 过 电势逐渐增加，电流密度逐渐 降低 。其中 氯化锂制备的 二硫化钼 薄膜电极电催化 析氢 的 过电位 为 ~100 mV，交换电流密度 10 mA cm-2下过电势 为 ~130 mV，相比于已 报道的 纯二硫化钼 电极 其 性能 良好 。经过 研究证明， 锂离子和钠离子可以 通过 顶端缺陷和层间方式嵌入 沉积 在电极 表面的 二硫化钼 层间 而 钾离子 只能 从层间嵌入影响二硫化钼 相 结构 。 锂离子 、 钠离子 和钾离子在阴极形成 MxMoS2 M为 Li、 Na和 K 结构从而制备 出 2H/1T’混合 相 二硫化钼 薄膜电极 使 此电极 具有 良好 的 电催化 析氢性能。
    （2）二硫化钼电极 电催化还原六价铬电化学还原
     处理 废水中 的六价铬 Cr( 通常具有较高的过电位， 因此，析氢和氧还原 等 副反应导致电子过度消耗 。 本研究 采用电化学沉积 -煅烧 法制备 二硫化钼 薄膜 电极，相比于不锈钢 网 基底 电极 能够在 -1.0 Vvs. Ag/AgCl下还原 Cr(VI)。 实验 结果 表明，此电极通过两电子氧还原性 能，原位产生的双氧水 在 酸性条件下和 Cr(VI)经过一系列 反应将其 还原 。 二硫化钼的 2 H/1T’异 相结构是电催化 两电子氧还原 活性位点 ，随着煅烧 温度 升高，电极产双氧水浓度越高， 700 下 煅烧 的二硫化钼薄膜电极 在 60 min内 电催化 原位 产生的双氧水产量高达 350 μmol L-1。 此外 该电极在析氢反应 (HER)中也表现出良好的电催化活性，可以在电极表面形成原子氢 。其 原子氢脱附 过程 趋于 Heyrovsky过程在 电极表面 促进厌氧条件下 Cr(VI)的还原 。
      (3) 部分 还原 的 氧化石墨烯 促进 电 芬顿 氧化三价砷在
      处理废水 中 三价砷 As(III)的 方法 中一般将其 氧化 为 As( 然后将其有效去除。 本研究采用 电泳沉积 -煅烧 法制备 了 部分 还原的 氧化 石墨烯电极 ，此 电极 (RGO@SSN)作为 为阴极， 不锈钢网 SSN 作为 阳极 ，组成 电化学体系 成功实现了 As(III)的高效电芬顿氧化。 实验 结果表明 ，此 电极具有电催化 两电子 氧还原 性质 50 min内 原位产生的双氧水 浓度 高达 1000 μmol L-1。 通过验证 煅烧 之后 氧化 石墨烯 表面 剩余 的 含氧官能团导致 碳无序和 碳 缺陷， 其 可以 作为电催化 两 电子氧还原反应的 活性 位点 。在酸性条件下， 此电极作为 阴极 电催化 原位产生的 H2O2与 阳极溶出 的二价铁离子 Fe(II)发生 芬顿 反应 产生羟基自由基氧化了三价砷。 此外， 双氧水 在 RGO@SSN阴极表面分解生成的 羟基自由基 也 促进了 As(III)的电芬顿氧化 。 部分还原 的 氧化 石墨烯电极 RGO@SSN 作为 阴极 在 电芬顿氧化 处理 废水中的有机或无机污染物方面具有广阔的应用前景。
    (4) 铜 纳米颗粒促进电还原三价砷

    三价砷的电化学还原 不但可以 使废水中的砷污染 物 去除 并固化 ，而且可以回收利用砷资源。 本研究 通过 溶液 中引入 铜离子促进了三价砷在阴极 的 电化学还原，采用 电沉积 制备铜纳米颗粒 促进 了 三价砷 的 电化学还原。实验结果表明， 铜离子 在 溶液 中 作为正离子 减弱了 三价砷 含氧阴离子与 阴极 表面 的 静电 斥力 使得三价砷能够迁移 到阴极表面 被 还原 。 此外 铜离子 在 阴极表面 优先 还原形成 和 三价砷有较强相互作用 的 亚铜物质 从而 实现了 三价砷 含氧阴离子在阴极的 电化学还原。 最后， 铜和砷 共 还原在阴极 表面 形成 Cu3As合金结构 物质 其 结构稳定 Cu3As合金 中 的 砷 不会二次 溶出 造成二次污染 。