近年来,基于过氧化氢（hydrogen peroxide,化学式H2O2）原位生成及催化生成羟基自由基（·OH）的电化学高级氧化工艺逐渐得到学者和业界的重视。在电化学高级氧化系统中通过阴极催化二电子氧还原反应持续生成H2O2是保证系统持续运行的关键。基于实验室的辊压技术,我们开发出了一种碳基“三明治”形的辊压式空气自扩散阴极。我们选用市售的廉价商用石墨粉和导电炭黑粉作为催化剂,经聚四氟乙烯粘结剂粘合后辊压制备成新型空气自扩散阴极。结果表明,将两种碳粉按照不同的比例混合后,制备的电极性能有着明显的提升,在-0.5至-1.4 V范围内均能保持90%以上的电流效率。当石墨与炭黑的质量比达到5:1时,电极内部的孔隙率、比表面积达到了平衡,使得足够的活性位点暴露并发挥催化作用的同时,多孔电极对产物H2O2的吸附性较弱。在-1.4 V下（86.1 m A）,H2O2产率为11.9 mg·L-1·h-1·cm-2(50 mg·h-1),电流效率可达92%。基于辊压型催化层制备出两种电极:空气自扩散电极和空气曝气电极。通过对电极运行中的响应电流、H2O2产量、以及水中实时氧气、氢气含量的研究,确定电极的氧供应通路以及电极在各类条件下导致电流效率降低的副反应。研究结果及发现:在恒电流条件下空气曝气阴极析氢反应成为主反应,电极更倾向于使用来自空气自由扩散进入的氧气,研究强调了疏水性对于多孔电极高效合成H2O2的重要性;在高电流密度下,自扩散阴极的电流效率明显下降的原因为H2O2进一步还原分解反应。通过对电极施加定向承压气流,可将电极界面生成的大量H2O2推离反应界面,减少副反应从而提高电流效率。在35 m A·cm-2（245 m A）下H2O2产率可达到461±11 mg·L-1·h-1(138.3 mg·h-1),电流效率达到89±2%。考察研究电极运行中导致其性能下降的衰减因子以及电极性能衰减机理。首先根据空气自扩散阴极搭建了电芬顿、光电芬顿、UV-H2O2三种高级氧化系统并设立十个梯度的运行条件用于分析系统中不同单因素及多因素组合对电极的影响。实验结果表明,H2O2对于电极的腐蚀有限,电极在催化生产H2O2 200 h后性能下降17.8%,造成其性能下降的主要原因是电化学反应聚集的局部高浓度钠离子与局部碱化作用下的Na OH沉积,堵塞部分活性位点与孔道,造成电极活性下降。然而在高级氧化系统中,由于自由基的强氧化作用,碳基电极内部的活性位点被负载含氧官能团,改变了催化性质。在芬顿基的高级氧化系统中,电极长期运行后表面出现Fe（OH）3沉淀。经实验证实,电极表面铁沉淀并无非均相催化作用且同样对多孔电极有着堵塞的作用,因此,芬顿基高级氧化系统中的电极性能衰减最为严重,衰减率达到72%（光电芬顿）和85%（电芬顿）。基于所开发的空气自扩散阴极在350 m L的反应器中搭建了一种可切换三电极系统,通过电路的切换分别实现电絮凝-电芬顿功能,从而实现对藻华水体中藻细胞和藻毒素的分别去除。我们在电絮凝过程中针对是否曝气、初始p H、反应时长等因素进行正交试验,发现在100 m A,初始p H 8,运行时间40 min条件下可以实现对藻细胞的91%去除率,能耗为0.28 k Wh·m-3。而水体中剩余的藻细胞及藻毒素可经电芬顿高级氧化过程降解,在施加28 m A电流下,30 min内可实现藻细胞和藻毒素的100%去除以及总有机碳90%的降解。通过设置单独电絮凝过程和单独电芬顿过程两组对照我们发现电絮凝过程无法对水体中的藻毒素进行有效去除,40 min去除率仅为15%,而使用单独电芬顿技术对藻华水体中所有有机物进行无差别矿化时,在能耗达到5.6 k Wh·m-3条件下藻细胞、藻毒素、总有机碳的去除率分别为94%,100%,74%。作为对比,在实现更好的处理效果下,耦合工艺能耗仅为0.42 k Wh·m-3,为纯电芬顿工艺的9%。因此电絮凝-电芬顿耦合工艺可实现高效低能耗处理藻华水体。通过工艺改进,将辊压型气体扩散层升级为纳米透气防水涂层。,解决了电极长期运行期间水淹问题。经优化,防水涂层负载量为0.9 mg·cm-2下性能最佳。优化了单位面积活性位点的密度及疏水层负载后,我们将电极从7 cm~2放大至240 cm~2（15×16 cm）,并将电极形貌改良为卷筒形状,与Ti/Ir O2电极组成模块化系统。在预中试系统（2 L）中进行电芬顿降解抗病毒药物拉米夫定的实验。在20 m A·cm-2条件下,拉米夫定和总有机碳去除率分别为100%和78.1%。最后,我们对电极的运行成本和制备成本进行核算,发现电极制备成本由2.58降至2.32￥·dm-2的同时,辅助材料（分散剂,粘结剂,集流体）成本占据总物料成本的95%,因此电极的制备成本有着进一步下降的潜力。根据天津电价对运行成本进行核算,发现运行成本随电流密度增加(10-30 m A·cm-2)从0.19增加至0.43￥·mol-1 H2O2。