北京
工业含肼废水作为来源广泛的高毒性“隐形杀手”，对生态环境存在威胁。传统的处理手段，如芬顿氧化、电化学氧化，难以兼顾处理效率与节能环保。太阳光催化作为一种新兴技术，存在太阳光谱利用率不足、光生电荷易复合损失等问题，净化效率受限制。创制与太阳光匹配的高效光催化剂体系，对推动该技术的进步至关重要。
近日，中国科学院化学研究所研究团队提出一种太阳光驱动的含肼废水高效净化策略，利用窄带隙有机光伏催化剂（OPC），高效净化含肼废水，并同步产生氢气。
01
让催化剂
更会“晒太阳”
太阳光中可见光占43%，近红外光占53%，紫外光只占约4%。传统的宽带隙光催化剂就像“挑食的孩子”，只肯吃太阳光里的紫外光及少量可见光那点“零食”，对其余大部分可见光和近红外光这些“主餐”视而不见，使得大量太阳光未能被有效利用。
为破解这一“挑食”难题，研究团队借鉴有机太阳能电池中的给体–受体异质结设计思路，构建了面向废水净化的光催化体系。
其中，有机光伏催化剂作为“大胃王”，可以更充分地吸收太阳光中的可见光和近红外光；而给体–受体异质结结构作为催化剂体内的“智能物流中枢”，光生电荷在这里被迅速“分离”并“提取”到催化剂表面，使更多光生载流子能够参与界面反应。
02
“毒水”变“净水”
对含肼废水处理来说，把污染物浓度降下来还不够，还要避免产生新的有毒副产物。
研究发现，在太阳光驱动下，肼分子在催化剂表面被逐步“拆解”，氢原子被陆续“摘下”，最终转化为氮气。而被“摘下”的氢原子则在催化剂表面的铂位点被还原为氢气。
整个过程无需额外输入电能，无需添加化学牺牲剂，避免了有毒副产物氨的生成。在模拟太阳光照射下，该体系可在5小时内，将浓度高达640ppm的含肼废水降解至痕量水平（0.038±0.01ppm），废水处理速率比传统光催化剂提升约两个数量级，处理后的水质符合工业与农业安全标准。
为了进一步确认处理后的水样“安全”，研究团队使用发光细菌、藻类和浮萍作为“水质裁判”开展毒性评估。
结果显示，与传统芬顿氧化处理后的水样相比，该体系处理后的水样生态毒性明显降低，表现出更好的生物安全性。
03
给催化剂
穿上“保护外衣”
实验室里的“优等生”，到了真实的工业现场未必还能保持状态。真实工业废水往往盐分高、杂质多，还含有多种共存组分。这些因素可能导致催化剂聚集、失活，也会增加回收难度。
为解决这一问题，研究团队进一步构筑了Al2O3包覆的OPC纳米催化剂（OPC@Al2O3）。
包覆层就像给纳米催化剂穿上了一层“保护外衣”，既能提高其在复杂水体中的分散性和稳定性，又便于催化剂回收和重复使用。
实验结果表明，OPC@Al2O3体系在模拟工业废水和多种实际水样中仍能保持较高活性，说明该策略具有面向复杂废水环境的应用潜力。
▲有机光伏催化剂实现太阳光驱动含肼废水高效净化
这项研究发展了一种高活性、高稳定性的光催化剂体系，为太阳光驱动含肼废水净化及资源化转化提供了新思路，有望助力可持续水资源治理。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s44221-026-00666-1
来源：中国科学院化学研究所
责任编辑：曹旸
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