第一作者：苏志远
通讯作者：白晶 研究员、周保学教授
通讯单位：上海交通大学环境科学与工程学院
论文DOI：10.1016/j.apcatb.2025.125419.
废水是潜在的资源仓库，将废水转化为高价值化学品对解决环境和能源危机意义重大。太阳能驱动的光电催化（PEC）工艺可利用太阳光驱动化学转化，因此被认为是一项前景广阔的技术。然而，以往对光电催化过程的研究主要集中在废水净化和水分解方面，忽视了其在化学品（精细产品、氨、过氧化氢和金属资源）提取与能源（氢气和电力）回收方面的潜力。本综述结合上海交通大学周保学教授团队前期的研究基础，概述了PEC废水转化高值化学品和能源的最新研究进展。通过对典型废水的资源化潜力评估，和PEC废水处理污染物去除机理与资源化回收模式的探讨，重点介绍了四类废水向高值化学品及能源转化的进展，并提出了面临的主要挑战与未来发展方向。
图1：用于高价值产品合成和能源回收的PEC废水资源化概念图。
随着人类社会工业化进程加速和多样化生活方式需求的增长，有毒废水无序排放问题日益严峻，污染物严重威胁淡水资源供应并引发重大环境问题。因此，废水治理作为一项长期缺乏经济收益却需巨额投入的全球性难题，始终面临严峻挑战。PEC 技术因可在阳极和阴极灵活地形成成对催化反应，方便对废水中复杂污染物协同处理和资源化转化。通过PEC 系统耦合，实现污染物的去除和资源化利用具有广泛的应用前景（图1）。
(1) 详细介绍了四种典型的废水，并分别评估了它们的资源利用潜力。
(2) 系统回顾了 PEC 废水处理系统中的废水处理机制和有价资源回收模式。
(3) 全面概述并讨论了 PEC 将各种废水转化为高价值化学品和能源的最新进展。
(4) 细致地研究和评估了PEC 技术在资源转化和废水处理方面的主要挑战和未来前景。
图2：本综述的总体框架示意图。
这篇综述系统概述了PEC 技术将四类环境废物（有机废水、含氮污染物、生物质、金属废物）转化高值化学品和能源的进展（图2）。
在含氮废水转化高值化学品和能源方面，周保学教授团队先后开展了氨氮、尿液、硝态氮、有机胺等含氮废水的资源化处理研究，发展了尿素脱氮并同步制备双氧水和氢气的方法（Applied Catalysis B: Environmental, 2023, 324, 122229, Applied Catalysis B: Environmental, 2023, 333, 122776），发展了硝态氮、尿液等废水高效脱氮同步产电的方法（Environmental Science & Technology, 2022,56, 2562-2571，Water Research, 2020, 170, 115357, Applied Catalysis B: Environmental, 2018, 238,168-176, Water Research, 2023, 235, 119914）。
在有机废水转化能源方面，周保学教授团队较早地开展了难降解废水光电催化处理回收能源的研究，发展了光催化废水燃料电池方法（Water Research, 2011,45,3991-3998，Applied Catalysis B: Environmental. 2012, 111-112, 485-491）。为了最大化利用光能，团队设计了p-n型光电极，如BiVO4/WO3/W异质结光阳极、自支撑Bi2S3/TNA光电极等电极材料，以强化有机物降解和产电能力（Environmental Science & Technology, 2012, 46 (20),11451–11458，Applied Catalysis B: Environmental, 2016, 183:224-230， Nano Energy, 2014, 9,152-160，Applied Catalysis B: Environmental, 2017, 217 , 21–29）。为了进一步提升难降解有机物的降解和产电效率，发展了体相自由基反应废水燃料电池技术（Water Research, 2017, 108: 293-300, Water Research, 2017, 125, 259-269, Applied Catalysis B: Environmental, 2020, 268,118471）。这种方法通过引发溶液体相自由基链式反应，增强了电池系统氧化有机污染物和产电能力。
在生物质废物增值转化和金属还原回收方面，重点介绍了甘油增值、苯甲醇增值、HMF升级、葡萄糖升级、关键金属回收、六价铬还原和六价铀还原等最新研究进展。
通过将污染物消除与资源循环性相结合，PEC 技术为解决水与能源的挑战提供了一种双重功能的解决方案，直接支持与清洁水获取、可负担能源和可持续工业化相关的联合国可持续发展目标。
Zhiyuan Su, Zhinan Dai, Changhui Zhou, Lei Li, Tingsheng Zhou, Zengming Man, Yaobin Wang, Yongyang Chen, Chaoyue Xie, Jinhua Li, Jing Bai, Baoxue Zhou. Photoelectrocatalytic Conversion for Wastewater to High-value Chemicals and Energy. Applied Catalysis B: Environment and Energy, 2025, 375,125419.
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.125419.
白晶，上海交通大学环境科学与工程学院研究员、博士生导师。2011、2015年分别在加拿大多伦多大学和美国阿贡国家实验室做博士后研究。获得国家“万人计划”青年拔尖人才、上海市优博等荣誉。从事环境功能材料与污染控制的研究工作。主持国家重点研发计划专项，国家自然青年、面上基金，上海市“一带一路”青年科学家等项目、目前发表SCI论文80余篇，其中以第一或通讯作者在Chemical Reviews, Advanced Materials, Nano Energy, Environmental Science & Technology, Water Research等发表论文30余篇，他引3000余次，高被引论文2篇。
周保学，上海交通大学环境科学与工程学院长聘教授，博士生导师，上海交通大学环境功能材料与污染控制研究团队负责人，上海交大环境学院-良仁化工绿色技术研究中心主任，Nano-Micro Letters (SCI IF 36.01)副主编。主要从事环境功能材料与污染控制技术、绿色化学化工等领域的研究，以第一作者或通讯作者身份在Environmental Science & Technology、Water Research、Advanced Materials、Chemical Reviews、Nano Energy、Applied Catalysis B: Environmental等国际著名期刊上发表SCI学术论文200余篇。
本团队长期招收博士后，欢迎具有光/电化学、环境化工、水污染治理、废弃物资源化等方向的博士加盟课题组，从事博士后研究。详情见课题组网站：https://zhougroup.sjtu.edu.cn/
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