上海师大卞振锋教授谈贵金属回收 | Cell Press对话科学家

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11月30日，上海师范大学化学与材料科学学院卞振锋教授在Cell Press细胞出版社期刊Joule上发表了题为“Precious metal recovery”的综述文章。作者论述了配位理论和氧化还原理论分析回收策略的机制，提出实现贵金属的绿色选择性提取是未来科学家的主要创新方向。

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贵金属（PMs）不仅具有良好的物理性能（如延性和导电性），而且具有较高的化学稳定性和较强的耐腐蚀性，因此被广泛应用于能源领域，如催化二氧化碳还原、石油裂解、氢能生产等。优化贵金属回收策略，促进能源与环境协调发展。然而，目前常用的溶解技术，如王水浸出、氰化物浸出、热冶金等，不仅能耗大，而且对环境危害极大。相比之下，碘化、硫脲和“有机王水”等许多其他技术可以稍微减轻对环境的破坏，然而，这些回收方法对铂族贵金属无效。

从这个角度，上海师范大学卞振锋教授对现有文献中报道的贵金属回收技术进行了全面的回顾并在Joule中发表题为“Precious metal recovery”的综述性文章。作者主要论述了配位理论和氧化还原理论分析回收策略的机制，并通过贵金属的不同电极电位和配体能力探索选择性回收的本质。基于这一总结，作者发现了贵金属回收领域的不足，并从新兴技术中获得了启发。作者认为贵金属在回收过程中的溶解是最难完成的（尤其是铂族贵金属），这归因于贵金属的化学惰性。光催化溶解中阳光和光催化剂产生的强氧化性自由基为实现绿色溶解提供了一种新方法。而且，贵金属的选择性提取也是金属离子还原过程中非常大的挑战。因此，实现贵金属的绿色选择性提取是未来科学家的主要创新方向。

作者专访

Cell Press细胞出版社特别邀请卞振锋教授进行了专访，请他为大家进一步详细解读。

CellPress：

贵金属（PMs）作为不可再生资源，需求量和消费量逐年增加，人们越来越关注二次资源的回收利用。请您为我们介绍一下贵金属回收的必要性有哪些？

卞振锋教授：

贵金属广泛应用于汽车、电子、能源、医药、航天等领域。近年来随着社会的发展，需求量和消费量逐年增加。贵金属资源稀缺和不可再生，所以从废弃物中回收贵金属是必然趋势，一方面可以缓解贵金属的稀缺压力，另一方面也可以改善废弃物对环境的污染。所以循环利用贵金属必要性不言而喻。

CellPress：

请为我们列举一下PMs在石油裂解、太阳能存储、新能源燃料、碳转化、化工生产、电子信息等领域的神奇作用。

卞振锋教授：

贵金属具有优良的物理化学性能(抗腐蚀性、导电导热性)、稳定的电学性能、高催化活性等优点。铂族贵金属对氢气有良好的吸附性能和催化能力，因此可以用于催化石油裂解、水分解析氢和二氧化碳转化等反应。催化加氢和碳氢键活化中用到的各种钯（Pd）催化剂；含有铂、钯、铑贵金属的三元催化器，它可以净化汽车尾气；目前用金和银量最大的用途是电连接器的镀层，镀层可以保护连接器端不被氧化或腐蚀，这些连接器被大量用于手机、电脑、家电等消费电子产品，金和银也非常适合用来制作电子电路中的关键触点；铱用于火花塞、电极、坩埚和笔尖；钌常用于增强其他合金，尤其是涉及其他贵金属的合金，用于制作笔尖、电触点和催化剂；碳载铂催化剂常作为燃料电池的关键材料。

CellPress：

请您为我们简要回顾一下现有文献中贵金属回收的策略和机制有哪些不足？

卞振锋教授：

现有的贵金属回收策略主要有王水法、汞法、氰化法、氯化法、硫脲法和有机浸出法。在回收过程中避免使用强酸、有毒物质是一个难题。在机制方面，通常以氧化和配位理论相结合，现有的氧化过程不环保，所以绿色氧化是绿色回收贵金属的关键挑战。

CellPress：

氰化提金作为成熟工艺，回收率高，成为广泛使用较多的贵金属回收策略，它的作用原理是什么，又有哪些致命的缺陷呢？

卞振锋教授：

氰化法可以追溯到100年前，作用原理是以碱金属氰化物的水溶液作溶剂金失去电子成为金正离子，其吸引溶液中带负电物质的氰根离子并与之结合形成氰化金络合离子，而溶解氧得到电子并与水反应生成过氧化氢，氰化浸出实质是一种电化学过程。该方法致命的缺陷是使用剧毒的氰化物，而且该方法仅对金和银有浸出效果（常温常压），方法具有局限性。

CellPress：

请您为我们介绍一下，本文提到的“光催化贵金属溶解”技术的策略与作用机制。

卞振锋教授：

光催化贵金属溶解策略可从各种含贵金属的废料中（例如废弃电路板、三元汽车催化剂和矿石）选择性回收Ag、Au、Pd、Pt、Rh、Ru和Ir七种贵金属。反应过程相当简易，只需要将光催化剂和废料投入混合溶剂中（乙腈和二氯甲烷），再通过光照即可。其中99%以上的目标贵金属元素皆可被溶解分离，且经简单还原即可得到贵金属单质，纯度可高达98%以上。该策略高效利用光生电子-空穴和超氧自由基的氧化能力，并利用溶剂效应降低氧化电位，通过界面竞争吸附和配位稳定贵金属离子实现贵金属在常温常压下绿色氧化回收。

CellPress：

请您为我们介绍一下，光催化贵金属溶解技术与传统贵金属回收工艺相比有哪些优越性？

卞振锋教授：

光催化贵金属溶解具有极高的普适性，对铂族金属也同样适用。整个过程不涉及强酸、强碱或有毒氰化物，只需要光照、光催化剂和混合溶剂即可。另外，通过混合溶剂的调配还能够选择性溶解回收贵金属，避免贵金属分离过程。

CellPress：

大力发展水相光催化贵金属溶解技术的原因有哪些？

卞振锋教授：

在当前的研究中，光催化贵金属溶解所用的溶剂是乙腈和二氯甲烷混合溶剂。这些有机溶剂易挥发、低毒，利用水来代替有机溶剂更加绿色环保。

作者介绍

卞振锋

教授

卞振锋，男，教授/博导，一直从事光催化基础理论研究，涉及固废中贵金属的光催化清洁回收基础理论，光催化污染控制理论、催化剂合成方法学三个方面。以第一/通讯作者发表SCI论文50余篇，包括Nature Sustainability、Environ. Sci. Technol.、Nature Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等，论文他引5263次，单篇最高他引1047次，9篇为ESI论文，个人H因子为37；入选上海市“东方学者”特聘教授（2012），上海市曙光学者（2013），国家优秀青年基金（2015）、上海市优秀学术带头人（2021,青年）等人才计划。先后荣获2015年度上海市自然科学一等奖，排名第二；荣获2018中国商业联合会科技奖一等奖，排名第三；获2013-2014年度太阳能光化学与光催化研究领域优秀青年奖。现为上海市稀土学会理事长、中国可再生能源学会光化学专委会副主任、资源化学教育重点实验室执行主任、中国感光学会光催化专业委员会委员、上海市颗粒学会理事、中国化学快报青年编委、ACS ES&T Engineering青年编委和Catalysts编委等。上海市化学化工学会第十一届专业委员会主任委员