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重金属元素容易在环境中产生、迁移和积累,对水、土壤、大气都会造成污染,并伤害人体健康,是一种重要的环境污染物。但同时,重金属尤其是金银等贵金属又具有较高的经济价值,所以从污染物中回收贵/重金属具有广阔前景。传统的重金属回收处理方法一般都需要消耗大量的资源或能源,还容易产生二次污染。如何能够降低能耗,找到一种经济环保的有效方法,将重金属污染物中的化学能直接转化为电能提取出来并同时回收贵/重金属,必将成为一个热点课题。本课题以贵金属金/银/铜为例通过设计重金属电对燃料电池,模拟重金属废水,典型的选取较高还原电势Cu(Ⅱ)以及多金属Au(Ⅲ)/Cu(Ⅱ)、Ag(Ⅰ)/Cu(Ⅱ)共存混合液组建urea-Cu(Ⅱ)、ethanol-Au(Ⅲ)/Cu(Ⅱ)、ethanol-Ag(Ⅰ)/Cu(Ⅱ)电对燃料电池,将蕴含在重金属中的化学能转化为电能提取的同时有效回收贵/重金属,为实现无需耗能处理和回收重金属污染物进行了基础研究。制备了 Ni/C、Pd-Ni/C催化剂,利用电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、电化学测试等手段进行表征。构建电对燃料电池体系,以尿素、乙醇作为电子供体在阳极自发地发生氧化反应组成的电对电池,将蕴含的化学能直接转化为电能得以成功攫取。设计了新型的具有光能量的光-电电解池巧妙结合拉曼光谱与电化学信息探测,验证了 Ni基催化剂形成NiOOH的催化机理。以铜离子为阴极氧化剂组装了 Urea-Cu(Ⅱ)电对燃料电池。在Ni/C负载催化阳极与碱性尿素溶液构成的阳极体系中,当以碳纤维布为阴极与弱酸性缓冲溶液环境下的Cu(Ⅱ)溶液构成阴极体系时,可以产生1.06 V的开路电压且铜离子在阴极生成单质铜。采用400 mgL-1Cu2+时,经估算,每产生千克铜的同时产生6.1kWhKg-1电能,24h后400mg金属铜回收、去除率90%以上。以Au(Ⅲ)Cu(Ⅱ)、Ag(Ⅰ)/Cu(Ⅱ)混合双金属为阴极液,通过考察双金属共存时金属在电池阴极的电沉积与去除效果,表明具有还原电势差的双金属可通过自产电形式实现阴极分步沉积,进而可实现分离回收。由此可见,通过合理的设计重金属电对燃料电池可使Cu(Ⅱ)通过自产电形式进行去除、且可实现Au(Ⅲ)与Cu(Ⅱ)、Ag(Ⅰ)与Cu(Ⅱ)的分离回收。这一方法可望成为重金属污染物处理与回收的一种新技术。