化材学院卞振锋教授团队在《Nature Chemical Engineering》上发表最新研究成果

近日，国际权威期刊《Nature Chemical Engineering》在线发表了我校化学与材料科学学院卞振锋教授团队的研究论文《Scalable and selective gold recovery from end-of-life electronics》，针对电子废弃物中多种金属共存的情况，提出了金属表面钝化协同配位的全新策略，利用光催化技术成功实现了电子废弃物中黄金的高效、选择性氧化溶解回收，从根本上避免了贵金属回收过程中重金属离子对水环境的污染。上海师范大学为第一署名单位，商恒军为论文第一作者，卞振锋教授为论文通讯作者。

重要科学问题：

作为战略性资源和关键原材料，贵金属的绿色生产和回收具有极其重要的意义。全球报废电子产品的快速积累对环境造成了灾难性的影响，因为这些宝贵的资源大多被填埋。电子废弃物（e-waste）含有大量的贵金属，以黄金（Au）为例，其含量远远超过天然矿物。从电子废弃物中回收这些金属是一条潜在的可持续发展之路。目前，贵金属的生产和回收主要依赖于王水等强酸湿法氧化法，这些方法会产生大量废水，处理难度极大，严重威胁生态环境和水质安全。因此，贵金属湿法氧化废水的源头控制符合国家“打好水污染防治攻坚战”的重大战略需求。

本文报道了一种绿色、选择性且可持续的贵金属回收策略，从根本上避免了贵金属回收过程中重金属离子对水环境的污染。通过控制CH3CN-H2O体系的pH值，实现金属溶度积调控，成功实现了100%的金（Au）溶解，对成分复杂的电子废弃物中金的选择性高达99.0%。基于原位表征技术和理论计算，证实了调节pH值可以促进˙OH生成更多的˙CN，使金的溶解速率提高了7倍。此外，pH值调节会诱导非贵金属在其表面形成氢氧化物钝化膜，从而抑制其浸出，且溶剂和催化剂可以循环利用。鉴于此，作者设计了集溶解、过滤和溶剂回收于一体的生产设备，可处理10公斤电子废弃物。与传统工艺相比，每处理1公斤电子废弃物可节省高达95.9%的溶剂成本和94.3%的水消耗。Biwer-Heinzle环境评价方法证明了该方法的环境友好性。该工作为从电子废弃物中回收贵金属提供了一种潜在的颠覆性方法，该方法具有大规模应用的潜力，促进了贵金属回收行业的可持续发展。

该团队前期在光催化绿色回收贵金属领域积累了丰富的工作经验，开展了系列创新性的工作，首次提出利用光催化取代传统王水法氧化溶解回收贵金属（Nat. Sustain., 2021, 4, 618-626; Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202213640.），阐明了配位降低贵金属氧化电位匹配光催化氧化的新原理，突破了湿法氧化废水的源头控制难题；其次利用催化剂表面配位调控，实现光催化选择性还原贵金属离子（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202302202; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202312734.），从源头上削减了贵金属离子回收过程的废水。

该研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、上海市教委和科委的资金支持。

论文链接网址：https://doi.org/10.1038/s44286-023-00026-w.

(供稿、图片：化学与材料科学学院)