CN112811529A - 一种石墨烯基非均相电催化阴极及其制备方法和应用 - Google Patents

一种石墨烯基非均相电催化阴极及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种石墨烯基非均相电催化阴极及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将过渡金属盐或其配合物溶解于氧化石墨烯分散液中进行湿法共纺，之后经凝固浴得到氧化石墨烯复合纤维；(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯复合纤维组装、还原，得到所述石墨烯基非均相电催化阴极。本发明提供的石墨烯基非均相电催化阴极催化活性高、循环稳定性佳，具有广阔应用前景。

Description

一种石墨烯基非均相电催化阴极及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于石墨烯新材料制备领域，具体涉及一种石墨烯基非均相电催化阴极及其制备方法和应用，尤其涉及一种催化活性高的石墨烯基非均相电催化阴极及其制备方法和应用。
背景技术
有机废水含有大量难降解和有毒污染物，且成分复杂，其有效处理正成为现代社会可持续发展所亟待解决的问题。高级氧化方法中的电芬顿技术通过阴极还原氧气原位生成过氧化氢，进而与Fe2+等金属离子发生芬顿或类芬顿反应生成强氧化性·OH自由基，将有机污染物降解为无机态，具有应用范围广、抗干扰能力强、简单高效、绿色可持续等独特优势。
碳材料由于具有无毒，析氢过电位高，催化分解H2O2活性低，化学稳定性、导电性、抗腐蚀性佳等优异性质，成为最常用的电芬顿阴极材料。然而以石墨毡、活性碳纤维、发泡玻璃碳等为代表的碳基阴极材料催化氧还原活性较低，因而多通过在其表面负载过渡金属催化剂以提升其催化氧还原产过氧化氢活性。此外，所负载的铁、铜、锰等过渡金属亦能作为非均相催化剂与过氧化氢发生芬顿或类芬顿反应原位生成·OH自由基，从而有效避免了传统均相反应对过渡金属芬顿试剂浓度要求高、应用pH范围窄、过渡金属盐沉积造成二次污染等问题。然而，传统碳基阴极材料本身比表面积较小，因而在其表面负载的过渡金属催化剂对阴极材料整体性能的提升作用有限。此外，有机废水多以酸碱废水为主，阴极材料表面负载的过渡金属催化剂在酸碱废水中易于析出，不仅导致电催化阴极材料的催化活性大幅下降，同时对有机废水造成金属离子二次污染。
CN109896598A公开了一种基于碳毡负载铁纳米颗粒的电芬顿阴极材料的制备方法及其在降解水中有机污染物中的应用，将聚苯胺通过电化学沉积负载到纯碳毡上，再负载铁颗粒得到铁碳掺杂的多孔复合碳纤维材料，将此碳毡作为阴极材料应用于电芬顿水处理装置中并曝入空气，便可在阴极处催化产生羟基自由基，进而降解水中的有机污染物。该发明充分发挥了碳纤维比表面积大的特点，具有处理效率高、绿色环保等优点，能在工业印染废水和地下水处理领域产生经济效益和社会效益。但是其负载于碳毡表面的铁纳米颗粒在酸碱废水中易析出，降低催化活性。
CN108114720A公开了一种非均相光芬顿催化材料的制备方法，首先制备氧化石墨烯备用；然后将Fe3O4与CuO共负载至所制备的氧化石墨烯上；再基于负载后的氧化石墨烯制作中空核壳结构，得到中空核壳结构非均相光芬顿催化材料Fe3O4-CuO-GO，能够一定程度克服pH作用范围小、重复使用性差、易造成二次污染的问题，然而该核壳结构催化材料导电性较差，难以应用于电化学降解有机污染物。
现有技术中的碳基阴极材料存在催化活性下降、对有机废水造成金属离子二次污染的问题，因此，如何提供一种能够在电极材料体相中均匀分布，具有优异的催化活性与丰富的催化活性位点，且与电极材料具有强相互作用的非均相电催化阴极，成为了亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯基非均相电催化阴极及其制备方法和应用，尤其提供一种催化活性高的石墨烯基非均相电催化阴极及其制备方法和应用。本发明提供的石墨烯基非均相电催化阴极催化活性高、循环稳定性佳，具有广阔应用前景。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种石墨烯基非均相电催化阴极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将过渡金属盐或其配合物溶解于氧化石墨烯分散液中进行湿法共纺，之后经凝固浴得到氧化石墨烯复合纤维；
(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯复合纤维组装、还原，得到所述石墨烯基非均相电催化阴极。
上述制备方法通过将氧化石墨烯与过渡金属盐或其配合物混合制成纤维，并组装成所述石墨烯基非均相电催化阴极，氧化石墨烯层层有序组装，层间分布过渡金属催化剂，能够显著避免酸碱废水对电极催化活性的影响，制备得到的石墨烯基非均相电催化阴极具有高催化活性，并通过选择氧化石墨烯作为电极材料，将过渡金属催化剂分布于氧化石墨烯基电极材料层间，通过二者之间的强静电吸附作用，能够有效避免过渡金属催化剂在酸碱废水中的析出问题，减少了电极材料活性的降低和二次污染，具有高循环稳定性。
优选地，步骤(1)所述过渡金属盐或其配合物中的过渡金属包括钴、锰、铁、铜或镍中任意一种。
优选地，步骤(1)所述过渡金属盐或其配合物包括氯化钴、硫酸钴、乙酸钴、酞菁钴、四甲氧基苯基卟啉钴、硫酸锰、乙酸锰、高锰酸钾、锰酸钾、三氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、二茂铁、四苯基卟啉铁、酞菁铁、硫酸铜、碳酸铜、硝酸铜、酞菁铜、硫酸镍、氯化镍、四苯基卟吩镍或酞菁镍中任意一种或至少两种的组合，例如氯化钴和硫酸钴的组合、硫酸锰和乙酸锰的组合或硫酸铜和氯化镍的组合等，但不限于以上所列举的组合，上述组合范围内其他未列举的组合同样适用。
上述过渡金属盐或其配合物能够有效催化氧还原产过氧化氢，同时部分过渡金属催化剂可作为芬顿试剂非均相催化过氧化氢分解产生·OH自由基，能够有效除去废水中污染物。
优选地，步骤(1)所述过渡金属盐或其配合物溶解于氧化石墨烯分散液中的浓度为1-100mmol/L。
优选地，步骤(1)所述氧化石墨烯分散液的浓度为5-30g/L。
优选地，步骤(1)所述氧化石墨烯分散液的溶剂包括水、乙醇、二甲基甲酰胺中任意一种或至少两种的组合，例如水和乙醇的组合、乙醇和二甲基甲酰胺的组合或水和二甲基甲酰胺的组合等，但不限于以上所列举的组合，上述组合范围内其他未列举的组合同样适用。
优选地，步骤(1)所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的横向尺寸为0.5-50μm，层数为1-10层。
其中，过渡金属盐或其配合物溶解于氧化石墨烯分散液中的浓度可以是1mmol/L、2mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L、40mmol/L、50mmol/L、60mmol/L、70mmol/L、80mmol/L、90mmol/L或100mmol/L等，氧化石墨烯分散液的浓度可以是5g/L、7g/L、9g/L、11g/L、13g/L、15g/L、17g/L、19g/L、21g/L、23g/L、25g/L、27g/L、29g/L或30g/L等，氧化石墨烯的横向尺寸可以是0.5μm、1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm等，层数可以是1层、2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层或10层等，但不限于以上所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述氧化石墨烯分散液的组成还包括助溶溶质，所述助溶溶质包括盐酸、硫酸、硝酸、乙酸、氢氧化钠、氨水、氢氧化钾、碳酸氢铵、碳酸氢钠、碳酸钠或碳酸钾中任意一种或至少两种的组合，例如盐酸和硫酸的组合、硝酸和乙酸的组合或氨水和氢氧化钾的组合等，但不限于以上所列举的组合，上述组合范围内其他未列举的组合同样适用。
优选地，步骤(1)所述凝固浴的溶剂包括水、乙醇、乙酸、乙酸乙酯、乙二醇、异丙醇或丙酮中任意一种或至少两种的组合，例如水和乙醇的组合、乙醇和乙酸的组合或乙酸乙酯和乙二醇的组合等，但不限于以上所列举的组合，上述组合范围内其他未列举的组合同样适用。
优选地，步骤(1)所述凝固浴还包括溶质，所述溶质包括氯化钴、硫酸钴、乙酸钴、硫酸锰、乙酸锰、硫酸铜、碳酸铜、硝酸铜、三氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、硫酸铜、碳酸铜、硝酸铜、硫酸镍或氯化镍中任意一种或至少两种的组合，例如氯化钴和硫酸钴的组合、三氯化铁和乙酸锰的组合或碳酸铜和氯化镍的组合等，但不限于以上所列举的组合，上述组合范围内其他未列举的组合同样适用。
上述特定组分的凝固浴溶剂能够将过渡金属盐或其配合物与氧化石墨烯分散液的混合液中的水置换出，得到所述氧化石墨烯复合纤维。
优选地，步骤(1)所述氧化石墨烯复合纤维的直径为20-200μm，长度为2-50mm，例如直径可以是20μm、40μm、60μm、80μm、100μm、120μm、140μm、160μm、180μm或200μm等，长度可以是2mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm或50mm等，但不限于以上所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述还原的还原剂包括抗坏血酸、氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、柠檬酸钠、苯酚、氢碘酸、硼氢化钠或水合肼中任意一种。
作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将过渡金属盐或其配合物溶解于浓度为5-30g/L的氧化石墨烯分散液中进行湿法共纺，之后经凝固浴得到直径为20-200μm、长度为2-50mm的氧化石墨烯复合纤维；
(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯复合纤维组装、还原，得到所述石墨烯基非均相电催化阴极。
第二方面，本发明提供了如上所述的石墨烯基非均相电催化阴极的制备方法制备得到的石墨烯基非均相电催化阴极。
第三方面，本发明还提供了如上所述的石墨烯基非均相电催化阴极在废水处理中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供了一种石墨烯基非均相电催化阴极的制备方法，通过将氧化石墨烯与过渡金属盐或其配合物混合制成纤维，并组装成所述石墨烯基非均相电催化阴极，氧化石墨烯层层有序组装，层间分布过渡金属催化剂，能够显著避免酸碱废水对电极催化活性的影响，极大提升了对氧还原产过氧化氢以及过氧化氢分解产·OH自由基的催化位点数量与活性，制备得到的石墨烯基非均相电催化阴极具有高催化活性，催化氧还原产过氧化氢速率最高可达19.7mg/L/cm2，1h电流效率最高可达77％，对于不同污染物的降解所需降解时间小于48min；
(2)本发明通过选择氧化石墨烯作为电极材料，将过渡金属催化剂分布于氧化石墨烯基电极材料层间，通过二者之间的强静电吸附作用，能够有效避免过渡金属催化剂在酸碱废水中的析出问题，减少了电极材料活性的降低和二次污染，具有高循环稳定性。
附图说明
图1是实施例1提供的阴极在催化氧还原产过氧化氢测试中的过氧化氢浓度变化曲线；
图2是对比例1提供的阴极在催化氧还原产过氧化氢测试中的过氧化氢浓度变化曲线；
图3是实施例1提供的阴极降解酸性苯酚溶液中苯酚浓度与苯酚初始浓度的变化曲线；
图4是对比例1提供的阴极降解酸性苯酚溶液中苯酚浓度与苯酚初始浓度的变化曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
以下实施例同，氧化石墨烯分散液的来源参考CN201610676627.8。
实施例1
本实施例提供了一种石墨烯基非均相电催化阴极，制备方法如下：
(1)取浓度为5g/L，片层横向尺寸约为0.5μm，层数为10层的氧化石墨烯的乙醇分散液，加入氯化钴，使其浓度达到1mmol/L，混合，以0.21mm孔径针头将氧化石墨烯混合分散液注入乙醇凝固浴中，通过调控注射速度获得长度为2mm的氧化石墨烯复合纤维，随后将其于乙醇凝固浴中静置30min完成溶剂置换过程，干燥后氧化石墨烯复合纤维的直径为20μm。
(2)将分散于乙醇中的氧化石墨烯复合纤维静置沉降，溶剂60℃蒸发干燥，获得氧化石墨烯基组装材料。随后将其置于氢碘酸中，90℃还原1h，将还原后的石墨烯基电催化阴极取出并洗净干燥，于氮气气氛中500℃热处理2h，得到所述石墨烯基非均相电催化阴极。
实施例2
本实施例提供了一种石墨烯基非均相电催化阴极，制备方法如下：
(1)取浓度为30g/L，片层横向尺寸为50μm，层数为单层的氧化石墨烯的水分散液，加入硫酸锰，使其浓度达到100mmol/L，混合均匀，以2.69mm孔径针头将氧化石墨烯-硫酸锰混合分散液注入乙酸凝固浴中，通过调控注射速度获得长度为10mm的氧化石墨烯复合纤维，随后将其于乙酸凝固浴中静置10min完成溶剂置换过程，干燥后氧化石墨烯复合纤维的直径为200μm。
(2)将分散于乙酸中的氧化石墨烯复合纤维进行真空抽滤，获得滤饼取出并于25℃干燥，获得氧化石墨烯基组装材料。随后将其置于水合肼溶液中，60℃还原0.5h，将还原后的石墨烯基非均相电催化阴极取出洗净干燥，得到所述石墨烯基非均相电催化阴极。
实施例3
本实施例提供了一种石墨烯基非均相电催化阴极，制备方法如下：
(1)取浓度为15g/L，片层横向尺寸为5μm，层数为3层的氧化石墨烯的二甲基甲酰胺分散液，加入三氯化铁，使其浓度达到10mmol/L，混合均匀，以0.60mm孔径针头将氧化石墨烯分散液注射入乙酸乙酯凝固浴中，通过调控注射速度获得长度为10mm的氧化石墨烯复合纤维，随后将其于乙酸乙酯凝固浴中静置45min完成溶剂置换过程，干燥后氧化石墨烯复合纤维的直径为50μm。
(2)将分散于乙酸乙酯中的氧化石墨烯复合纤维倒入抽滤瓶中抽滤，获得滤饼取出并于25℃干燥，获得氧化石墨烯组装材料。随后将其置于抗坏血酸的乙醇溶液中，150℃溶剂热反应3h，将还原后的石墨烯非均相电催化阴极取出洗净干燥，得到所述石墨烯基非均相电催化阴极。
实施例4
本实施例提供了一种石墨烯基非均相电催化阴极，制备方法如下：
(1)取浓度为20g/L，片层横向尺寸为15μm，层数为2层的氧化石墨烯的乙醇分散液，加入酞菁镍，使其浓度达到30mmol/L，并加入氨水增加其溶解性，混合均匀，以0.34mm孔径针头将氧化石墨烯-酞菁镍混合溶液注入乙醇-乙酸混合凝固浴中，通过调控注射速度获得长度为20mm的氧化石墨烯复合纤维，随后将其于乙醇-乙酸凝固浴中静置15min完成溶剂置换过程，干燥后氧化石墨烯复合纤维的直径为35μm。
(2)将分散于乙醇-乙酸混合溶液中的氧化石墨烯复合纤维倒入抽滤瓶中抽滤，获得滤饼取出并于25℃干燥，获得氧化石墨烯-酞菁镍组装材料。随后将其置于硼氢化钠的乙酸溶液中25℃还原12h，将还原后的石墨烯基非均相电催化阴极取出洗净干燥，得到所述石墨烯基非均相电催化阴极。
对比例1
本对比例提供了一种电催化阴极，制备方法如下：
取与实施例1提供的石墨烯基非均相电催化阴极相同面积的商用石墨毡，将其加入1mmol/L的氯化钴溶液中150℃水热反应2h，随后于氮气气氛中500℃热处理2h，使其表面负载钴催化剂，得到所述电催化阴极。
对比例2
本对比例提供了一种电催化阴极，制备方法如下：
取与实施例2提供的石墨烯基非均相电催化阴极相同面积的商用活性碳纤维，将其加入100mmol/L的硫酸锰的乙醇溶液中，并于80℃蒸干溶剂，随后于氮气气氛中500℃热处理2h，使其表面负载锰催化剂，得到所述电催化阴极。
对比例3
本对比例提供了一种电催化阴极，制备方法如下：
取与实施例3提供的石墨烯基非均相电催化阴极相同面积的商用碳纸，将其加入10mmol/L的三氯化铁的乙醇溶液中，并于80℃蒸干溶剂，随后于氮气气氛中500℃热处理2h，使其表面负载铁催化剂，得到所述电催化阴极。
对比例4
本对比例提供了一种电催化阴极，制备方法如下：
取与实施例4提供的石墨烯基非均相电催化阴极相同面积的商用发泡玻璃碳，将其加入30mmol/L的酞菁镍的异丙醇溶液中，并于80℃蒸干溶剂，随后于氮气气氛中500℃热处理2h，使其表面负载酞菁镍催化剂，得到所述电催化阴极。
催化活性测试：
将实施例1-4和对比例1-4提供的阴极分别用三电极系统测试其在-1.0V电位下催化氧还原产过氧化氢速率及电流效率，以实施例1-4和对比例1-4提供的阴极为阴极，铂片为阳极，Ag/AgCl为参比电极，结果如下，其中图1和图2分别为实施例1和对比例1提供的阴极在催化氧还原产过氧化氢测试中的过氧化氢浓度变化曲线：
Figure BDA0002896353030000101
Figure BDA0002896353030000111
之后向实施例1、2、4和对比例1、2、4中测试的电解液中加入0.2mmol/L的七水合硫酸亚铁溶液作为芬顿试剂，并测试其对不同污染物的降解效果，其中实施例1、对比例1组降解25mg/L的酸性苯酚溶液，实施例2、对比例2组降解50mg/L的酸性罗丹明B溶液，实施例3、对比例3组降解50mg/L的碱性罗丹明B溶液，实施例4、对比例4组降解25mg/L碱性苯酚溶液，以污染物浓度C/污染物初始浓度C0达到0.05时为降解终点，并记录所需时间，结果如下，其中图3和图4分别为实施例1和对比例1提供的阴极降解酸性苯酚溶液中苯酚浓度与苯酚初始浓度的变化曲线：
组别 达到降解终点所需时间(min) 组别 达到降解终点所需时间(min)
实施例1 24 对比例1 320
实施例2 48 对比例2 275
实施例3 14 对比例3 378
实施例4 17 对比例4 520
从以上数据可以看出本发明提供的石墨烯基非均相电催化阴极催化氧还原产过氧化氢速率高，电流效率高；实施例3提供的石墨烯基非均相电催化阴极由于其阴极材料与过氧化氢发生芬顿反应生成·OH自由基导致其催化氧还原产过氧化氢速率与电流效率低，但其对于碱性罗丹明B溶液的降解只需14min，相比对比例3具有显著优势，同时其他组别的实施例提供的石墨烯基非均相电催化阴极对于污染物的降解时间对于对比例都出现明显的优势，体现了本发明提供的石墨烯基非均相电催化阴极的高催化活性。
循环测试：
将上实施例1-4和对比例1-4提供的阴极重复10次上述对不同污染物的降解的测试，结果如下：
Figure BDA0002896353030000121
以上数据可以看出本发明提供的石墨烯基非均相电催化阴极在经受多次循环使用后降解效率未出现明显衰减，而对比例提供的阴极的降解效率显著衰减，说明本发明提供的石墨烯基非均相电催化阴极具有高循环稳定性，显示了巨大的优势。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的石墨烯基非均相电催化阴极及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种石墨烯基非均相电催化阴极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将过渡金属盐或其配合物溶解于氧化石墨烯分散液中进行湿法共纺，之后经凝固浴得到氧化石墨烯复合纤维；
(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯复合纤维组装、还原，得到所述石墨烯基非均相电催化阴极。
2.根据权利要求1所述的石墨烯基非均相电催化阴极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述过渡金属盐或其配合物中的过渡金属包括钴、锰、铁、铜或镍中任意一种；
优选地，步骤(1)所述过渡金属盐或其配合物包括氯化钴、硫酸钴、乙酸钴、酞菁钴、四甲氧基苯基卟啉钴、硫酸锰、乙酸锰、高锰酸钾、锰酸钾、三氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、二茂铁、四苯基卟啉铁、酞菁铁、硫酸铜、碳酸铜、硝酸铜、酞菁铜、硫酸镍、氯化镍、四苯基卟吩镍或酞菁镍中任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的石墨烯基非均相电催化阴极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述过渡金属盐或其配合物溶解于氧化石墨烯分散液中的浓度为1-100mmol/L。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的石墨烯基非均相电催化阴极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化石墨烯分散液的浓度为5-30g/L；
优选地，步骤(1)所述氧化石墨烯分散液的溶剂包括水、乙醇、二甲基甲酰胺中任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(1)所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的横向尺寸为0.5-50μm，层数为1-10层；
优选地，步骤(1)所述氧化石墨烯分散液的组成还包括助溶溶质，所述助溶溶质包括盐酸、硫酸、硝酸、乙酸、氢氧化钠、氨水、氢氧化钾、碳酸氢铵、碳酸氢钠、碳酸钠或碳酸钾中任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的石墨烯基非均相电催化阴极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述凝固浴的溶剂包括水、乙醇、乙酸、乙酸乙酯、乙二醇、异丙醇或丙酮中任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(1)所述凝固浴还包括溶质，所述溶质包括氯化钴、硫酸钴、乙酸钴、硫酸锰、乙酸锰、硫酸铜、碳酸铜、硝酸铜、三氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、硫酸铜、碳酸铜、硝酸铜、硫酸镍或氯化镍中任意一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的石墨烯基非均相电催化阴极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化石墨烯复合纤维的直径为20-200μm，长度为2-50mm。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的石墨烯基非均相电催化阴极的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述还原的还原剂包括抗坏血酸、氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、柠檬酸钠、苯酚、氢碘酸、硼氢化钠或水合肼中任意一种。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的石墨烯基非均相电催化阴极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将过渡金属盐或其配合物溶解于浓度为5-30g/L的氧化石墨烯分散液中进行湿法共纺，之后经凝固浴得到直径为20-200μm、长度为2-50mm的氧化石墨烯复合纤维；
(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯复合纤维组装、还原，得到所述石墨烯基非均相电催化阴极。
9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的石墨烯基非均相电催化阴极的制备方法制备得到的石墨烯基非均相电催化阴极。
10.一种根据权利要求9所述的石墨烯基非均相电催化阴极在废水处理中的应用。
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