随着全球工业化的进展,当今世界的水体环境污染情况也越来越严峻。水中有害有机污染物（如农业废弃物、工业溶剂、纺织染料、杀虫剂和除草剂等）的处理一直是环境治理和科学研究的重点,因为这些有机物具有高毒性、持久性和难去除性的特点。在过去的几十年里,人们越来越重视通过电芬顿工艺（EF）等多种策略处理废水。EF的基本原理是电解液中的溶解氧在阴极表面通过两电子还原反应（2e-ORR）生成H2O2,H2O2进一步被活化成羟基自由基（·OH）,对有机污染物进行矿化和分解。该工艺具有降解高效、矿化能力强、绿色环保、有机污染物降解应用范围广等优点。传统EF过程中,通常添加溶解的亚铁盐作为铁催化剂,因此降解过程中会浸出铁泥,从而造成二次污染。因此,无金属催化剂是催化H2O2生成·OH,对有机污染物进行氧化分解的理想催化剂。基于此,本论文研究目的为设计可用作无金属EF的阴极材料,从而克服EF过程中金属析出的缺点。具体内容如下:一、以吡咯单体为原料,采用电沉积和碳化的方法,在碳纤维纸（CFP）上合成了一种氮、氧元素掺杂的三维碳纳米管电极（3D-NOCNTs/CFP）,作为降解对氯苯酚（4-CP）的无金属EF工艺阴极催化剂。该电极在溶液不添加金属离子催化剂的情况下,可以原位生成H2O2,并产生·OH有效降解4-CP。通过优化碳化温度、电流密度、氧流速和p H值等条件,得到最佳操作条件。优化后的电极可在120 min内去除99.3%的4-CP(20 mg L-1),并且在五次循环实验后仍能达到93%左右的降解率。除此之外,该电极材料对4-CP的分解表现出广泛的p H适用性,在p H为2.33-12.00范围内均可实现对4-CP的高效降解。通过密度函数理论（DFT）计算解释了降解机制。二、另外以苯胺单体为原料,在CFP上成功合成了氮、氧掺杂碳纳米棒电极（PDCNRs/CFP）,并将该电极材料用作无金属EF阴极降解4-CP。该材料具有优异的产H2O2性能及电催化性能。在电解液中不额外添加金属离子催化剂的情况下,该电极可以有效氧化降解4-CP,在最佳操作条件下,60 min内可降解99%的4-CP,120min可降解99.3%的4-CP。该电极材料还具有广泛的p H适用性,在酸性、中性和碱性环境中均能有效降解4-CP。同时还研究了该电极材料的循环稳定性,分别进行了五次循环降解实验以及五次循环产H2O2实验,发现该电极材料具有良好的稳定性,在五次循环实验后,催化性能并没有明显下降。通过机理研究发现,该催化剂上的石墨氮和缺陷是促进氧的化学吸附和活化生成H2O2的主要原因,阴极表面的吡啶氮是将H2O2转化为·OH的活性位点。