张森崇, 吕继涛, 王森, 吕继磊, 王少龙, 王亚韡

高等学校化学学报 2025, 46 (8): 20250096-. DOI:10.7503/cjcu20250096

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采用微波等离子化学气相沉积技术，以铌片作为基底，制备了6种不同硼掺杂量的掺硼金刚石（Nb/BDD）电极，探究了不同硼掺杂量对Nb/BDD电极电化学性能及氧化全氟辛酸（PFOA）的影响，并将其应用于不同全氟及多氟烷基类化合物（PFASs）的电化学去除. 结果表明，随着硼掺杂量的增加， Nb/BDD薄膜的晶粒尺寸逐渐减小，电极表面的电子转移速率逐渐增加，但薄膜质量下降，导致其脱落率增加. 以Na₂SO₄作为电解质，在30 mA/cm²电流密度下，以Nb/BDD电极为阳极在120 min内使PFOA的降解率达到78.3%，矿化率在240 min内达到78.1%. 在6种不同硼掺杂量的Nb/BDD电极中，中低掺杂的Nb/BDD电极对PFOA具有更高的降解和矿化能力，说明通过调控BDD的硼掺杂量可实现PFAS的高效电化学去除. 对降解产物进行分析的结果表明， PFOA的电化学降解遵循碳链逐级去除的规律，其中，阳极与污染物之间的直接电子转移是降解的关键起始步骤. 通过对不同链长全氟磺酸（PFSA）和全氟羧酸（PFCA）的电化学降解发现，碳链长度与PFAS的降解率和矿化率呈正比，因此，降解产生的短链产物是限制PFAS彻底矿化的主要原因. 未来需要更加关注短链和超短链PFAS的高效去除，以满足通过电化学技术实现PFAS完全无害化处理的需求.

硼掺杂量可以通过影响BDD电极的sp3/sp2比、表面形貌以及氧化剂的生成率来影响污染物的降解［20，39，40］. 为此，选用0.05 mol/LNa₂SO₄作为电解质，在30 mA/cm2电流密度下探究了6种不同掺硼量的Nb/BDD电极对PFOA电化学降解和矿化的影响. 结果表明， Nb/BDD₁~Nb/BDD₆对PFOA的降解率分别为63.1%， 78.3%， 79%， 84.8%， 72.3%和67.8%，随着掺硼量的增加， Nb/BDD电极降解率先增加后降低［图6（A）］. 其中， Nb/BDD₄展现出最高的降解率，降解速率为0.01432 min-1，分别为Nb/BDD₁和Nb/BDD₆电极的1.88倍和1.72倍. 可见，过高和过低的硼掺杂量不利于PFOA的降解. 值得一提的是， Nb/BDD₄电极在240 min内的矿化率为65.3%，而Nb/BDD₂电极在相同时间内可达78.1%，中高硼掺杂量的电极并没有展现出最优的矿化能力［图6（B）］.