第一作者：Yusen Su, Andy Berbille, Xiao-Fen Li, Jinyang Zhang

通訊作者：王中林，朱來攀

通訊單位：中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所

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貴金屬是各個(gè)領(lǐng)域現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的核心資產(chǎn)，它們的稀缺性帶來了成本、生命周期和再利用的問題。最近，一種利用水-固體界面上的接觸電氣化（CE）來驅(qū)動(dòng)氧化還原反應(yīng)的新興催化（稱為接觸電催化，CEC ）被用于開發(fā)無金屬機(jī)械催化方法，以有效降解難降解有機(jī)化合物、產(chǎn)生過氧化氫或從廢舊鋰離子電池中浸出金屬。

本研究介紹了一種新興的CEC技術(shù)，該技術(shù)利用水-固體界面的CE來驅(qū)動(dòng)氧化還原反應(yīng)。研究團(tuán)隊(duì)展示了超聲CEC在無氧和有氧條件下成功驅(qū)動(dòng)了多種貴金屬離子（包括Ag(ac)、Rh³⁺、[PtCl₄]^2-、Ag⁺、Hg²⁺、Pd²⁺、[AuCl₄]^– 和 Ir³⁺）的還原。

通過電子順磁共振（EPR）光譜和從頭算模擬研究了氧氣對(duì)反應(yīng)的影響，并發(fā)現(xiàn)基于水-固體CE的方法能從低至0.196 ppm、高達(dá)196 ppm的合成溶液中提取金，3小時(shí)內(nèi)提取容量介于0.756-722.5 mg g^-1之間。此外，CEC還被用于設(shè)計(jì)一種無金屬、選擇性且可回收的從電子廢料水溶液中提取金的催化方法。

圖文導(dǎo)讀

圖1：在氟化乙烯丙烯(FEP)微粒存在下通過超聲波處理還原溶液中的金屬離子

圖2：催化劑和沉淀物的反應(yīng)后表征

圖3：氧氣的影響

圖4：CEC從廢CPU滲濾液中選擇性提取Au

總結(jié)展望

本研究證明了接觸-電催化（由水-固體CE催化）在室溫和壓力下從水溶液中進(jìn)行貴金屬的機(jī)械催化還原的能力。在有氧和無氧條件下，在FEP微粒存在的情況下使用超聲波從水溶液中提取銥、金、鈀、汞、銠、鉑、銀納米粒子。金可以從濃度低至0.001 mM的溶液中回收。對(duì)于某些金屬還原反應(yīng)，作者觀察到有氧和無氧條件之間存在明顯差異，可以通過氧的吸附能以及催化劑和氧之間的距離和能壘的減小來解釋，在Pd的存在下，氧和催化劑之間的距離和能壘進(jìn)一步減小。

因此，許多電子可能被高度氧化的氧而不是反應(yīng)的目標(biāo)所聚集。接觸電催化技術(shù)在從水溶液中還原貴金屬離子方面具有巨大的潛力。該技術(shù)不僅能夠有效地從低濃度溶液中提取金，而且具有操作簡單、低成本、效率高和選擇性好等優(yōu)點(diǎn)。未來的工作應(yīng)集中于提高CEC過程的效率，尋找比氟化聚合物更環(huán)保的新材料，并繼續(xù)探索該方法在催化和機(jī)械化學(xué)過程中的應(yīng)用范圍。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Reduction of precious metal ions in aqueous solutions by contact-electro-catalysis

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-48407-w