北京時(shí)間今天（1月21日）零點(diǎn)，河化學(xué)我校時(shí)新建教授團(tuán)隊(duì)在原位電化學(xué)領(lǐng)域的南大牛研究成果以題為“In situ electrochemical production of solid peroxide from urine”為題，在國際頂級(jí)期刊《自然催化》（Nature Catalysis）發(fā)表，學(xué)原標(biāo)志著原位電催化產(chǎn)固體過氧化物的位電首次突破。該成果入選封面文章，領(lǐng)域并在Nature 系列專欄進(jìn)行熱點(diǎn)報(bào)道(標(biāo)題：Extracting fertilizer from ‘liquid gold’ urine—從“液體黃金”尿液中提取肥料)。突破這是材料河南省首次以第一單位在該期刊上發(fā)表研究成果。
長期以來，河化學(xué)尿液處理一直是南大牛城市污水處理中最復(fù)雜的環(huán)節(jié)之一。尿液中富含的學(xué)原尿素是具有潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值的氮源，但現(xiàn)有技術(shù)由于能耗高、位電分離效果差且環(huán)境成本高，領(lǐng)域難以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性的突破平衡。
為解決這一問題，材料河南大學(xué)時(shí)新建教授聯(lián)合賈瑜教授、河化學(xué)呂鵬博士等人合作開發(fā)了一種創(chuàng)新性的原位電化學(xué)技術(shù)，通過綠色低能耗的工藝，將人類和哺乳動(dòng)物尿液中的尿素利用電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為高純度過碳酰胺（一種高附加值尿素衍生物），首次實(shí)現(xiàn)原位電催化產(chǎn)固體過氧化物。這一技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了尿素的高效分離，還將“廢棄物”資源化，有效提升了污水處理的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保性能（圖1）。
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圖1：新型尿素提取方法與傳統(tǒng)方法對(duì)比。
研究團(tuán)隊(duì)通過精準(zhǔn)控制反應(yīng)中的活性位點(diǎn)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了尿素的高效轉(zhuǎn)化和過碳酰胺的高純度收集。實(shí)驗(yàn)顯示，這種技術(shù)能夠在低能耗條件下實(shí)現(xiàn)接近100%的過碳酰胺純度，并將轉(zhuǎn)化效率提升至新的高度（圖2）。
圖2：結(jié)構(gòu)調(diào)控與機(jī)制創(chuàng)新。
更重要的是，這一技術(shù)形成了一個(gè)“生產(chǎn)—利用—回收”的閉環(huán)模式。在轉(zhuǎn)化過程中，尿液中的氮元素被高效利用，同時(shí)減少了污水處理中的能源消耗和溫室氣體排放。這種方法為未來城市和農(nóng)村的廢水處理提供了可復(fù)制、可推廣的新范式（圖3）。
圖3：尿液大規(guī)模集中處理概念圖。
與此同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了過碳酰胺作為一種新型高附加值產(chǎn)物，在農(nóng)業(yè)、環(huán)境治理和醫(yī)療領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力（圖4），此外，該路徑生產(chǎn)成本低，市場價(jià)格具競爭力。
圖4：過碳酰胺獲取過程及廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
該研究不僅標(biāo)志著河南大學(xué)在可持續(xù)化學(xué)與資源化利用領(lǐng)域的重大突破，也為全球城市污水處理和資源回收提供了新的思路和視角。
河南大學(xué)時(shí)新建教授為論文第一作者，時(shí)新建教授、呂鵬博士和斯坦福大學(xué)鄭曉琳教授為該論文的共同通訊作者，河南大學(xué)為第一通訊單位。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國博士后國際交流計(jì)劃項(xiàng)目、中國博士后科學(xué)基金項(xiàng)目、河南省留學(xué)人員擇優(yōu)資助項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41929-024-01277-3
時(shí)新建，河南大學(xué)“杰出人才特區(qū)”特聘教授。致力于光電催化方向的研究，以光能電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化、利用和存儲(chǔ)的材料與器件為途徑促進(jìn)綠色低碳相關(guān)科學(xué)工作和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和提升。迄今發(fā)表包括Nature Catalysis、Nature Communications（×3）、Chem、Energy Environ. Sci.、ACS Energy Letters、Advanced Energy Materials等綜合類和專業(yè)類頂級(jí)期刊在內(nèi)的學(xué)術(shù)論文共36篇，總引4200余次，H因子31。入選河南省高層次人才，主持國家級(jí)和省部級(jí)項(xiàng)目6項(xiàng)，產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目2項(xiàng)，并擔(dān)任Frontiers in Chemistry期刊的副編輯、Rare Metals編委及多個(gè)學(xué)術(shù)期刊的特刊客座編輯?(團(tuán)隊(duì)首頁：www.pecatshi.com)。
