在温和条件下，利用Ru/TiO?光催化剂从糠醛衍生物合成γ-丁内酯

《Fuel Communications》：Ru/TiO 2-photocatalysed synthesis of γ-butyrolactone from a furfural derivative under mild conditions

高效回收废锂离子电池阴极材料并制备甲烷干重整催化剂的方法研究。通过CO2气氛煅烧实现锂的高效浸出（94.17%），再利用硝酸浸出Ni-Co-Mn合金，最终合成Ni5Co5/3Mn5/3催化剂，在800℃下甲烷和二氧化碳转化率均超98%，稳定性达50小时。该方法实现了电池资源循环与碳中和协同，构建了"回收-再生-减排"闭环体系。

　　本研究聚焦于解决电池废弃物与气候变化的双重挑战，提出了一种可持续的方法，实现高价值阴极材料的回收以及碳排放的减少。通过在二氧化碳氛围中对阴极材料进行焙烧，将锂转化为碳酸锂，实现了高达94.17%的水浸提效率。随后，采用硝酸对镍、钴和锰进行共浸出，其浸出效率超过了98%。通过共沉淀方法，利用上述浸出液合成了一种Ni?Co?/?Mn?/?三元催化剂。该催化剂在800℃条件下表现出优异的干重整甲烷（DRM）性能，甲烷和二氧化碳的转化率分别达到了98.01%和98.12%。在为期50小时的稳定性测试中，催化剂的催化效率仅出现轻微下降。结构表征结果揭示了Ni–Co–MnO?界面的形成，在还原过程中，镍和钴形成了固溶体。结合Mn3?的存在，这些特性有效增强了催化剂对碳沉积的抵抗能力，并提升了其催化活性。该集成方法不仅实现了废旧电池中金属的高效回收，还将其转化为可用于温室气体利用的功能性催化剂。整个过程具有环保优势，并为锂离子电池（LIBs）在循环经济中的能源回收、资源再利用和碳减排提供了新的可能性。

随着能源存储市场的快速发展，锂离子电池的应用场景不断扩大。这些电池已成为便携式电子设备、电动汽车（EVs）和混合动力汽车（HEVs）等领域的关键组成部分。根据国际能源署（IEA）的数据，全球电动汽车销量从2016年的70万辆迅速增长到2024年的超过1700万辆，并预计到2030年将突破4000万辆。Busch等人指出，电动汽车领域对锂离子电池的需求将在未来持续上升。然而，锂离子电池的使用寿命通常在5到10年之间，使用到期后必须更换，这导致了大量废旧锂离子电池（SLIBs）的产生。据估计，到2030年，全球将产生约1100万吨的SLIBs。固体废弃物的安全和资源高效处理已成为全球环境治理中的关键议题，迫切需要科学的策略来应对新兴固体废弃物带来的挑战。作为典型的危险固体废弃物，SLIBs的不当处理不仅会造成宝贵资源的流失，还可能引发严重的环境污染和安全风险。其中，三元锂离子电池是最常见的类型之一，其阴极材料富含锂、镍、钴和锰等有价值金属，其含量甚至超过了天然矿石，因此具有极高的可回收性。因此，如何有效回收和再利用这些金属，已成为当前亟需解决的重要问题。

目前，废旧三元锂离子电池的回收主要集中在从阴极材料中提取锂、镍、钴和锰等有价值金属。传统的回收方法包括火法冶金、湿法冶金及其组合。火法冶金通过高温处理去除有机物并还原金属，因其工业适用性而被广泛采用。然而，这种方法通常导致金属纯度较低，并且容易造成金属损失。相比之下，湿法冶金则在较为温和的条件下使用酸或氨进行浸出，能够实现锂、钴和镍等金属的较高回收效率。但湿法冶金也会产生大量有害废水，并且需要复杂的净化过程。火法-湿法冶金结合的方法在一定程度上提高了回收效率并减少了金属损失，但仍继承了湿法冶金在环境和操作上的缺点。更重要的是，传统技术主要关注金属的提取，对金属的高效再利用关注有限。阴极再生作为一种有前景的替代方案，旨在通过化学或物理手段补充锂，从而恢复废旧阴极的电化学性能。与传统方法相比，再生技术可以减少金属损失，降低环境影响，降低能耗，并支持循环经济的发展。然而，目前再生技术仍处于实验室阶段，面临两大关键挑战：（1）再生阴极的电化学性能仍无法与商用材料相媲美；（2）由于锂和阴极材料价格的波动，再生技术的经济性仍存疑。因此，迫切需要更加高效和可持续的技术，以实现废旧阴极材料中金属的回收与再利用。

镍、钴和锰在废旧三元阴极材料中的富集是制备高效干重整甲烷（DRM）催化剂的关键元素。DRM是一种重要的催化过程，能够将两种温室气体——甲烷（CH?）和二氧化碳（CO?）——转化为合成气（H?和CO），为清洁能源生产和化工原料供应提供了可行的途径。在氢能领域，通过DRM生产的氢气是一种清洁能源，对于推动绿色能源转型具有重要作用。氢气可以用于燃料电池，为电动汽车提供动力，从而有效减少碳排放，助力全球气候治理。此外，氢气在分布式能源系统中也具有重要作用，特别是在远离电网的地区，氢气可以作为可靠的能源来源，提升能源供应的稳定性和可及性。在化工行业，合成气是生产甲醇和烯烃等重要化学品的基础原料，支撑着现代制造业的发展。因此，DRM技术在全球范围内引起了广泛的关注。然而，DRM反应通常需要高效的催化剂，以提高反应速率、降低操作温度并延长催化剂的使用寿命。近年来，镍基催化剂因其高催化活性和相对较低的成本，成为DRM研究中最广泛使用的材料之一。尽管如此，镍基催化剂在恶劣反应条件下容易因碳沉积和金属烧结而失活，因此众多研究致力于改善其性能。一些研究通过元素掺杂的方式提高了镍基催化剂的DRM性能。钴和锰的引入已被证明能够显著增强催化剂的抗碳沉积能力并提高其稳定性。

目前，尚未有研究报道利用废旧三元阴极材料直接合成用于DRM的镍基催化剂。本研究提出了一种创新方法，通过直接从废旧三元锂离子电池（LIBs）阴极材料中回收有价值金属，制备出具有应用潜力的三元催化剂。该过程包括对废旧阴极粉末进行焙烧，以提高金属浸出效率，随后通过水浸出提取锂，再利用硝酸对水浸出后的残渣中的镍、钴和锰进行共浸出。最后，通过共沉淀技术将这些金属负载到γ-Al?O?载体上，制备出Ni?Co?Mnｚ/γ-Al?O?催化剂。我们系统地研究了焙烧和水浸出参数对锂提取效率的影响，同时探讨了金属组成（镍、钴、锰）对催化剂性能的影响。通过对所制备催化剂的全面表征，揭示了其物理化学性质及在DRM反应中的催化机制。本研究为废旧三元阴极材料的直接资源利用提供了一种新的策略，为锂离子电池的可持续回收提供了重要参考。