随着全球矿物能源逐渐枯竭和环境问题日益严峻，绿氢（绿氨）能源获取和废弃物清洁转化利用技术受到世界各国的高度重视。全球工业化和农业化进程中产生了大量硝酸盐和醛类（如糠醛、甲醛）废弃物及污染物，对人类健康和生态系统构成重大危害。由于当前净化技术存在能耗高、耗时久、成本显著等问题，其应用仍面临巨大挑战。
近日，深圳大学材料学院赵斌助理教授/骆静利院士团队围绕“醛——硝酸盐”新型催化储能电池系统的设计与应用开展一系列研究工作，相关研究成果在《Angew.》、《Adv. Mater.》上相继发表，赵斌和骆静利为论文共同通讯作者。
成果一：合理耦合工业和农业废弃物（硝酸盐和生物质糠醛）的清洁转化，设计了一种多功能电化学催化储能系统。该系统利用RhCu合金纳米线/泡沫铜（RhCu NW/CF）作为双功能电催化剂，显著优化了硝酸盐还原反应（NO₃RR）和糠醛氧化反应（FFOR）的动力学。RhCu NW/CF通过调控氢转移行为，实现了硝酸盐和糠醛向多种非混合高价值产物（如NH₃、H₂等）的高效转化，并输出电能。该系统不仅实现了废水净化、阴极制氨（NH₃）、阳极制氢（H₂）和生物质化学品升级（获取糠酸盐），还展现出良好的放电性能和经济价值，为可持续能源解决方案提供了新的思路。文章信息：Xin Long, Bin Zhao*, Danni Liu, Guodong Fu, Hang Yang, Renfei Feng, Ning Chen, Hekun Ding, Jiayi Wu, Yuanfeng Liao, Shaoqing Liu, Yu Zhang, Xian-Zhu Fu, Jing-Li Luo*. Manipulation of Hydrogen Transfer Behaviors by RhCu Alloying Enables an All-in-one Sustainable “Furfural-Nitrate” System. Angewandte Chemie International Edition, 2025, 64, e202503424.
成果二：成功设计并合成了Pd单原子掺杂的Cu₃P量子点（Pd-Cu₃P SA-QDs）双功能电催化剂，通过适度优化H*吸附行为，双向加速硝酸盐还原（NO₃RR）和甲醛氧化（FOR）反应的动力学，从而同时实现阴极产氨（NH₃）合成和阳极制氢（H₂）的高活性和高选择性。具体而言，NO₃RR的起始电位高达+0.36 V（vs. RHE），在–0.3 V（vs. RHE）时NH₃的法拉第效率（FE）达99%；而FOR的起始电位低至–0.07 V（vs. RHE），在0.3 V（vs. RHE）时甲酸盐和H₂的FE分别超过90%和95%。值得注意的是，通过集成NO₃RR与阳极FOR，实现了一种原电池系统，其开路电位为0.892 V，峰值功率密度达12.1 mW cm⁻2，能产生8.8 kWh kg⁻1的电能。值得注意的是，所构建的“甲醛-硝酸盐”原电池系统不仅可实现电能输出，还能以非混合方式同步净化废水，生产高附加值的H₂、NH₃和甲酸盐化学品，为可持续未来提供绿色环境和清洁能源。文章信息：Rida Javed, Bin Zhao*, Zulakha Zafar, Qianqian Zhao, Arunpandiyan Surulinathan, Ning Chen, Renfei Feng, Yu Zhang, Xian-Zhu Fu, Jing-Li Luo*. Pd Single-Atoms Doped Cu3P Quantum Dots with Moderately Optimized H* Sorption Behaviors for Actualizing the Multifunctional “Formaldehyde-Nitrate” Galvanic System. Advanced Materials, 2025, 37, e12332.
论文链接：成果1 https://doi.org/10.1002/anie.202503424
成果2 https://doi.org/10.1002/adma.202512332
上述工作第一完成单位均为深圳大学，赵斌助理教授均为第一通讯作者。感谢国家自然科学基金（面上项目），广东省基础与应用基础研究基金，深圳市科技计划等项目资助。
撰稿：张晓颖 审核：王东、王雷
