材研“1-0” | 张健教授团队Angew Chem：甲醛-臭氧功能性电池用于危险废物去除

发布时间：2026-08-31来源：材料微生活

引用本文：

Siying An#, Linjia Li#, Jiaxin He, Rui Bai, Jin Lin, Chang Liu, Zhenpeng Liu*, Jian Zhang*, Formaldehyde-Ozone Battery for the Detoxification of Hazardous Wastes and Electricity Generation

https://doi.org/10.1002/anie.5881961

背景介绍

8月30日，西北工业大学材料学院张健教授团队在化学与材料领域国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》（《德国应用化学》）上发表题为“Formaldehyde-Ozone Battery for the Detoxification of Hazardous Wastes and Electricity Generation（甲醛-臭氧电池用于危险废物脱毒与发电）”的研究论文。安思盈博士与李林甲博士后为论文共同第一作者，张健教授和刘振鹏博士后为论文通讯作者。

甲醛（HCHO）和臭氧（O₃）是两种普遍存在且难以降解的污染物。近地面臭氧主要由挥发性有机物与氮氧化物在光照下反应生成，其强氧化性可诱发呼吸系统及心血管疾病，世界卫生组织规定的臭氧8小时平均浓度限值为51 ppb，但在众多城市和工业区该限制常被超出；甲醛既是臭氧的关键前体，又属于B1类致癌物。然而，这两种污染物的传统去除方法，如物理吸附、催化降解等，普遍存在效率低、易失活、二次污染或能耗高等问题。值得注意的是，碱性介质中臭氧还原的标准电极电位高达2.03 V，与阳极甲醛氧化（-0.22 V）的理论电位差达2.25 V，这为构建兼具污染物脱毒与发电功能的甲醛-臭氧电池提供了全新思路。

针对上述挑战，张健教授团队首次构建了甲醛-臭氧电池，通过耦合阳极甲醛氧化反应与阴极臭氧还原反应，不仅将有害的甲醛和臭氧转化为高附加值的甲酸盐和清洁的氧气，还能产生电能。团队采用富含碳缺陷的氮掺杂碳（NC-Cl）作为阴极催化剂、CuAg复合材料（CuAg-3:7）作为阳极催化剂，所构建的甲醛-臭氧电池实现了高达1.80 V的开路电压和44.3 mW cm^–2的峰值功率密度，显著优于HCHO-O₂电池及已报道的甲醛-硝酸盐电池。进一步将电池放大至25 cm²，在模拟工业废物流中实现了99.1%的甲醛去除率和99.97%的臭氧去除率，出口臭氧残留浓度低至30 ppb，低于WHO规定的51 ppb限值。这项研究不仅为甲醛和臭氧污染物的去除提供了一种可持续、高效的新策略，更为重要的是，它首次将含醛废水和含臭氧废气中的化学能直接转化为电能，实现了“变废为宝”和“以废治废”的双重目标，为开发集成电合成与发电功能的新型电化学器件开辟了新路径。

图文导读

图1. 功能性甲醛-臭氧电池示意图。

图2. 甲醛-臭氧电池的放电性能。

图3. 大规模（25 cm²）甲醛-臭氧电池的性能。

通讯作者简介

张健

2014年博士毕业于中国科学院大学山西煤炭化学研究所。2014-2017年先后在德国马普高分子研究所和德累斯顿工业大学进行博士后研究。2018年在德累斯顿工业大学分子功能材料研究所担任能源研究课题组长。2019年入选国家中组部青年人才计划，入职西北工业大学。主要研究方向：绿色炔烃催化转化。共发表研究论文100余篇，学术论著1章，谷歌学术引用15700余次，H-Index为48；以第一作者或通讯作者身份发表研究论文80余篇，包括Nat. Chem. (1), Nat. Catal. (2), Nat. Commun. (3), J. Am. Chem. Soc. (3), Angew. Chem. Int. Ed. (13), Adv. Mater. (11), CCS Chem. (1), Energy Environ. Sci. (2), Joule (1), Adv. Funct. Mater. (1), Adv. Energy Mater. (1)等。申请发明专利20项（授权8项，公开12项）。担任国家自然科学基金委函评和会评专家、教育部学科评估函评专家、省市级项目函评和会评专家等。