本文是一篇综述文章，发表于 Current Opinion in Electrochemistry（2026年，第58卷，文章编号101861），题为《review on the electrochemical oxidation of pfas using ti₄o₇ anodes》，作者为 Liangpang Xu、Qian Lu 和 Ying Wang，通讯作者为 Ying Wang，其所在机构为香港中文大学化学系（Department of Chemistry, The Chinese University of Hong Kong）。该文系统综述了基于 Ti₄O₇（七氧化四钛）阳极电化学氧化降解全氟和多氟烷基物质（per- and polyfluoroalkyl substances, PFAS）的最新研究进展，涵盖降解机理、Ti₄O₇ 的材料优势、界面工程策略、水体基质影响以及未来发展方向。

PFAS 是一类人工合成的有机氟化物，因具有极强的碳—氟键而具有极高的环境持久性和生物毒性。其中，全氟辛酸（perfluorooctanoic acid, PFOA）和全氟辛烷磺酸（perfluorooctanesulfonate, PFOS）是最常见和关注度最高的两类化合物。它们的广泛工业应用以及含 PFAS 产品、废水和消防泡沫的排放，已导致地表水和地下水的普遍污染。由于 PFAS 具有生物累积性和急慢性毒性，开发高效修复技术已成为环境领域的重要课题。

电化学氧化（electrochemical oxidation, EO）作为一种新兴处理技术，因其操作简便、反应条件温和、去除效率高且易于自动化而受到关注。EO 主要包括直接电子转移（direct electron transfer, DET）和由阳极表面产生的氧化物种（如羟基自由基·OH）介导的间接氧化两条路径。相较于常用的硼掺杂金刚石（boron-doped diamond, BDD）、金属氧化物和碳基电极，Ti₄O₇ 电极具有成本低、导电性高、电化学稳定性好和析氧电位高等优势，被认为是具有应用前景的阳极材料。

文章首先分析了 PFAS 在 Ti₄O₇ 阳极上的降解机理。PFAS 的降解通常由 DET 步骤引发，该步骤发生在高于 3.0 V（相对于标准氢电极）的阳极电位下，被认为是限速步骤。随后，PFAS 衍生的自由基在溶液中与阳极产生的氧化物种（尤其是·OH）发生间接反应，逐步实现“CF₂ 解链”式降解。以 PFOA 为例，其首先通过单电子氧化形成全氟烷基自由基，接着发生 Kolbe 脱羧反应，释放 CO₂ 并生成短一个碳的全氟庚基自由基，该自由基与·OH 反应生成不稳定醇中间体，随后经 HF 消除、结构重排和水解，生成少一个 CF₂ 单元的短链全氟羧酸。该循环不断重复，最终实现 PFAS 的完全矿化，生成 CO₂、氟离子和其他无机物种。此外，在氯离子存在下，氯自由基（Cl·）可触发 PFOA 的初始降解步骤，并与·OH 协同作用，使 DET 步骤不再成为限速步骤。

Ti₄O₇ 相较于传统电极材料具有多项优势。BDD 电极成本极高（约 7000 美元/平方米），而 Ti₄O₇ 可低成本合成；Ti₄O₇ 的电子导电率可达约 10³ S/cm，来源于有序氧空位形成的 Ti—Ti 金属键；其高析氧电位可促进·OH 的生成并抑制析氧副反应；同时其多孔结构和易功能化特性有利于构建活性电化学膜（reactive electrochemical membrane, REM），并可通过阳离子或阴离子掺杂提高载流子浓度和表面活性。

为增强 Ti₄O₇ 电极的 PFAS 降解性能，研究者提出了掺杂、复合和结构优化等策略。铈离子（Ce³⁺）掺杂可引入丰富的表面氧空位，Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原对可促进界面电荷转移，提高·OH 产率并增强电极结构稳定性。氟掺杂则通过形成稳固的 Ti—F 键稳定氧空位，同时赋予电极疏水表面，从而促进 PFAS 吸附和·OH 脱附，并在多次循环后仍保持高效降解性能。在复合策略方面，Ti₄O₇/MXene 复合材料利用 MXene 的金属导电性和亲水性增强电子传输与污染物吸附；非晶态钯（Pd）负载于氟化 Ti₄O₇ 上可实现非自由基直接阳极氧化路径，促进 PFOA 的快速矿化。结构优化方面，孔径大于 1.03 μm 的孔可有效参与电化学反应，分级多孔结构能够提高电化学活性面积并降低电荷转移电阻；基于 Ti₄O₇ 的 REM 通过流通式多孔阳极设计，显著强化了对流传质，可在单次通过中实现 PFOA 和 PFOS 超过 99.99% 的去除，停留时间小于 45 秒，能耗仅分别为 5.1 kWh/m³ 和 6.7 kWh/m³，远低于非电化学方法。此外，电流极性反转（polarity reversal, PR）策略可通过周期性切换电极角色实现原位清洗，抑制阳极向 TiO₂ 的相变，提高脱氟效率并降低能耗约 13%。

水体基质对 Ti₄O₇ 电极的 PFAS 降解效率也有显著影响。氯离子可通过生成 Cl·促进 PFOA 的降解，但需注意控制氯化有机副产物的生成；硝酸根在高浓度下会占据活性位点并淬灭·OH，从而抑制 PFAS 降解；硫酸根可略微增强降解效率；碳酸根虽强烈淬灭·OH，但生成的碳酸根自由基（·CO₃⁻）可通过单电子转移促进降解；磷酸根在低浓度下可形成氧化性磷酸根自由基，但在高浓度下会二聚为 P₂O₈⁴⁻，从而抑制降解。此外，共存污染物如三氯乙烯和天然有机物（natural organic matter, NOM）会通过与 PFAS 竞争电子转移位点和·OH，或形成污垢层覆盖电极表面，降低 PFAS 的降解效率。

本文综述了基于 Ti₄O₇ 阳极电化学氧化降解 PFAS 的最新研究进展，系统梳理了降解机理、材料优势、界面工程策略和水体基质的影响。文章指出，尽管掺杂、复合和结构优化等策略显著提高了 Ti₄O₇ 电极的活性、选择性和稳定性，但在实际水体处理中仍面临选择性有限、抗污染性能不足及有害副产物生成等挑战。未来研究应致力于开发集高效吸附、选择性催化、原位监测和自清洁功能于一体的多功能集成电极，例如设计具有吸附层、催化层和导电层的三明治结构 Ti₄O₇ 复合膜电极，以实现复杂水体中 PFAS 的高效低能耗降解，并减少有毒中间产物的积累。该综述为 Ti₄O₇ 基电化学系统在实际水处理中的应用提供了理论依据和技术路径，具有重要的学术价值和实践意义。