你是否知道，大豆加工厂排出的废水里藏着大量废弃蛋白，电镀厂废水中的重金属镍曾被视为“环境杀手”？最近，我国哈尔滨工业大学的科研团队将这两种“麻烦角色”结合，竟造出了能高效转化二氧化碳的“宝贝”——一种新型气体扩散电极（GDE）。这项研究不仅为有机废物和重金属废水找到了“变废为宝”的新路径，还为二氧化碳减排提供了低成本解决方案。

两大环境难题：废物污染与碳排放

全球每年产生的有机废物和重金属废水是公认的环境“老大难”。以大豆肽加工废水为例，其中含有的蛋白质若直接排放，不仅污染水体，分解时还会释放大量二氧化碳；而电镀废水中的重金属镍，毒性强、难降解，处理不当会危害生态。另一方面，二氧化碳减排是全球应对气候变化的核心任务，电化学还原二氧化碳（ECO2RR）技术能将其转化为一氧化碳等有用气体，但传统催化剂要么依赖昂贵材料（如金属有机框架、碳纳米管），要么制备复杂，限制了大规模应用。如何同时解决“废物处理”和“碳转化”两大问题？成了科研界的焦点。

变废为宝：蛋白当“胶水”，重金属成“核心”

团队的思路很巧妙：用大豆加工废水中的蛋白质当“分子胶水”，吸附电镀废水中的镍离子，再通过静电纺丝技术（类似用高压电场“拉”出超细纤维）制成气体扩散电极。这种电极有两大“过人之处”：一是蛋白质富含氮元素，能与镍形成“镍-氮”活性位点，就像给镍原子装上“定位器”，防止它们团聚成大颗粒；二是静电纺丝形成的多孔纤维结构，既像“气体通道”让二氧化碳快速扩散，又像“储气罐”储存二氧化碳分子，提升反应效率。

实验结果：96%转化率，稳定又高效

实验数据给出了“硬核”证明：在单室电解池中，这种新型电极的法拉第效率（衡量电能转化为目标产物的比例）最高达96%，意味着96%的电能都用于将二氧化碳转化为一氧化碳，只有不到4%浪费在副反应（如产氢气）上。在更接近实际应用的膜电极组件（MEA）中，当电流密度达到50 mA/cm²（相当于每平方厘米电极每秒处理大量二氧化碳）时，法拉第效率仍保持在81%-98%，能量效率超过50%。更重要的是，连续运行8小时后，电极性能几乎不变，稳定性远超传统催化剂。

技术优势：成本低、易推广

相比传统催化剂，这种“废物造”电极的优势一目了然。首先是原料成本低——废弃蛋白和重金属废水都是“零成本”或低成本获取的；其次是制备工艺简单——静电纺丝技术成熟，适合大规模生产。论文提到，这种方法还能协同处理每年约478万吨有机废物和5万吨重金属，相当于给环境“减负”。

未来挑战：从实验室到实际应用

目前，研究还处于实验室阶段，要真正落地还需解决几个问题：如何稳定获取不同来源的废弃蛋白和重金属废水（不同废水成分可能影响催化剂性能）？大规模生产时，电极的均匀性和稳定性如何保障？此外，一氧化碳作为产物，如何进一步转化为燃料或化学品，也需要配套技术支持。

不过，这项研究已经迈出了关键一步。未来，或许我们能看到这样的场景：大豆加工厂的废水和电镀厂的废水被“回收”，制成能高效吸收二氧化碳的电极，既处理了废物，又助力了碳中和——这或许就是“变废为宝”的最佳注解。

来源: FESE Message