GIST基于光伏实现“无电压再生利用”世界最高性能
光州科学技术院（GIST）4日表示，新材料工学科研究团队在Professor Lee Sanghan带领下，成功以世界最高性能实现了仅利用太阳能就能将工业废弃物转化为高附加值化学物质的“无外加电压升级再造（Bias-free Upcycling）”技术。
研究团队开发出将有机半导体基光电极与镍-铁-磷（Ni-Fe-P）催化剂相结合的光电化学系统，成功将生物柴油产业中产生的主要废弃物——甘油和硝酸盐分别同时转化为甲酸（蚁酸）和氨。
升级再造是指将工业废弃物或低价值物质再利用为高附加值产品的技术。无外加电压升级再造则是指完全依靠可再生能源来满足这一再利用过程所需能量的技术。
生物柴油被视为最适用于陆海空大规模远距离运输领域的环保能源，但在生产过程中会大量产生低价废弃物甘油，同时因化肥使用导致水质和土壤中硝酸盐浓度增加，一直被指出是社会问题。
以往针对甘油和硝酸盐的升级再造技术需要施加较高外部电压，而且难以选择性地转化为目标物质，因此在商业化方面受到限制。
为解决这一问题，研究团队开发出可同时处理硝酸盐还原与甘油氧化的镍-铁-磷（Ni-Fe-P）电催化剂，并在有机半导体基光电极上应用金属箔封装技术，大幅提升了耐久性。
镍-铁-磷（Ni-Fe-P）催化剂是在镍-铁合金中掺杂磷（P）而成，通过调控金属催化剂的电子结构，表现出较高的耐腐蚀性和反应选择性。
研究团队将电沉积在铜箔上的镍-铁-磷（Ni-Fe-P）催化剂与有机半导体光电极结合，构建出在光阴极上驱动硝酸盐还原反应、在光阳极上驱动甘油氧化反应的无外加电压光电化学系统。借此，他们仅利用太阳能、在无需外部供电的情况下，成功实现了两种工业废弃物的同时升级再造。
该系统将甘油转化为甲酸（蚁酸），将硝酸盐转化为氨，在无电力供应的条件下即可同时把这两种废弃物转化为高附加值化学物质。
在实际反应实验中，该系统表现出11.04 mA/cm²的反应电流密度，甲酸和氨的法拉第效率均超过95%，证明其具有很高的反应活性和选择性。
此次研究不仅为氨，还为甲酸等多种高附加值化学物质的环保生产奠定了技术基础，预计今后将在整个化学与能源产业领域产生广泛的波及效应。尤其是大幅提升了有机半导体光电极的耐久性，被高度评价为具备向大面积太阳能基础化学工艺扩展的可能性。
Professor Lee Sanghan表示：“本研究是推动仅依靠太阳能、无需外部电力运行的环保升级再造系统走向商业化的关键技术突破，是在开发将工业废弃物转化为高附加值化学物质的可持续工艺方面开启新可能性的成果。”
此次研究由新材料工学科Professor Lee Sanghan指导，博士课程研究生Kim Yejun负责执行，获得了科学技术信息通信部和韩国研究财团个人基础研究项目（中坚研究）以及未来氢源头技术开发项目的支持。研究成果已于2025年8月1日在线发表在国际学术期刊《Advanced Materials》上。
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