《Journal of CO2 Utilization》：Upcycling photovoltaic silver waste into hierarchically structured electrocatalysts for flooding-resistant zero-gap CO
2-to-CO electrolysis
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将光伏银废料升级循环为多级结构电催化剂，用于抗水淹的零间隙CO2制CO电解。研究人员从报废光伏板中回收了高纯度（约99.9%）的银（Ag）。回收过程本身即可赋予疏水性，无需额外的配体化学。多尺度粗糙度形成了Cassie-Baxter状态，
将光伏银废料升级循环为多级结构电催化剂，用于抗水淹的零间隙CO2制CO电解。研究人员从报废光伏板中回收了高纯度（约99.9%）的银（Ag）。回收过程本身即可赋予疏水性，无需额外的配体化学。多尺度粗糙度形成了Cassie-Baxter状态，使水附着力降低2.7倍。回收的Ag电极在400 mA cm-2总电流密度下实现了296 mA cm-2的CO电流，比商业Ag高出约10%。该抗水淹电极在100 mA cm-2下稳定运行超过600小时。
论文解读：光伏银废料升级循环构建抗水淹电催化剂用于CO?电解
大气二氧化碳（CO?）浓度持续攀升，推动全球气候变化，促使碳捕集、利用与封存（CCUS）技术快速发展。其中，电化学CO?还原（CO?RR）因能在常温常压下与可再生能源耦合，将CO?转化为高值化学品而备受关注。对于CO?选择性转化为一氧化碳（CO），银（Ag）因具有适中的中间体结合能及优异的析氢反应（HER）抑制能力，成为基准催化剂。随着CO?RR向工业级规模推进，零间隙膜电极组件（MEA）构型成为主流，而催化剂层内的水和气体管理变得至关重要：既要防止电解液水淹，又要维持稳定的三相界面，以保障长期连续电解。同时，全球光伏（PV）产业迅速扩张，报废（EoL）太阳能板成为含银等高值金属的二次资源。传统银纳米颗粒（Ag NPs）化学合成路线环境负担重且使用有毒试剂，而从PV废料中回收银则提供了一条资源高效且稳定的替代途径。然而，将升级循环的EoL-Ag用作高电流MEA系统中耐用型商业催化剂替代品，此前尚未得到充分探索。
针对上述问题，研究人员开发了一条从报废光伏板中回收高纯银并直接用作CO?RR阴极催化剂的闭环路径。通过可规模化的激光辅助湿法冶金工艺，获得具有高纯度（约99.9%）和多尺度（纳米至微米）非均匀形貌的EoL-Ag纳米颗粒。这种由回收过程天然赋予的多尺度粗糙度，使得催化剂层呈现显著疏水性，能物理排斥液体电解质，从而抑制水淹。在10 cm2零间隙AEM-MEA电解器中，EoL-Ag电极在400 mA cm?2总电流密度下实现了296 mA cm?2的CO分电流密度，比商业Ag催化剂高约10%；并在100 mA cm?2下稳定运行超过600小时，CO法拉第效率（FE）维持在约95%。该工作证明，光伏废料可作为资源密集型商业催化剂的耐用且可扩展替代品，推动可持续CO?转化技术的实际应用。
为开展研究，研究人员采用了以下关键技术方法。报废硅太阳能板由RESET Company提供，经机械拆解（去铝框和玻璃）、800 ℃热处理分解EVA封装层、硝酸浸出金属组分、分步碱沉淀去除杂质并获取Ag?O，再于硬脂酸乙醇分散液中经激光光还原得到EoL-Ag NPs。商业Ag NPs（Alfa Aesar，20–40 nm）作为对照。电极制备采用喷涂法将催化剂墨水沉积于气体扩散层（GDL，Sigracet 39BB）上，阳极使用IrO?喷涂于铂钛网，MEA组装采用Sustainion X37-50阴离子交换膜。性能评估使用VSP恒电位仪和Agilent 8890A气相色谱；结构表征包括TEM、HR-TEM、HAADF-STEM-EDX、XRD、XPS、SEM；界面作用力采用动态张力计（DCAT 11）测量水与CO?气泡的粘附力；并利用自制透明丙烯酸MEA电解器进行原位/操作态光学成像监测水淹过程。
3.1 光伏衍生Ag催化剂的升级回收与表征
研究人员首先通过CHN元素分析和ICP-OES确认EoL-Ag NPs纯度约为99.9%，除微量碳外无显著有机残留或金属杂质，证明激光光还原后的银为高纯金属态。SEM和HR-TEM显示EoL-Ag呈高度多分散的多尺度形貌，包含球形和棒状结构，晶格间距0.225 nm对应面心立方Ag(111)面，SAED确认多晶态。XRD谱图与金属Ag标准FCC相完全吻合，无Ag?O峰。XPS Ag 3d和Ag MNN俄歇谱进一步确认表面为Ag?金属态，排除了氧化态作为性能差异因素的干扰。相比之下，商业Ag NPs粒径均匀约100 nm，而EoL-Ag因回收过程天然形成纳米至微米级粗糙多尺度结构。
3.2 高倍率CO?电解性能与稳定性
将EoL-Ag和商业Ag NPs分别喷涂于GDL制成阴极，在10 cm2零间隙AEM-MEA中对比CO?RR性能。在400 mA cm?2总电流密度下，EoL-Ag电极的CO分电流密度达296 mA cm?2，比商业Ag（268 mA cm?2）高约10%。尽管EoL-Ag因较大粒径和多分散形貌导致初始电化学活性面积（ECSA）略有下降，且槽电压略高，但多尺度结构通过物理排斥电解质维持了稳定的气-液-固界面，从而获得更高的最大CO产率。长期稳定性测试在100 mA cm?2下进行，EoL-Ag持续运行超过600小时，CO FE稳定在约95%，槽电压无显著衰减；在工业相关的200 mA cm?2下，也稳定运行55小时，FE保持>95%。失效分析显示，EoL-Ag在300 mA cm?2下运行33小时后，CO FE降至约50%，SEM显示棒状结构消失、颗粒严重团聚，多尺度形貌被破坏，导致疏水性丧失和电解质渗入。这证实多尺度结构是维持抗水淹性能的关键。
3.3 界面润湿动力学与抗水淹性能
动态粘附力测量表明，EoL-Ag电极的峰值水粘附力为39.2 μN，而商业Ag电极为105.8 μN，降低了2.7倍，说明EoL-Ag表面具有显著的低水亲和力。静态水接触角方面，商业Ag为130.6°，EoL-Ag为133.6°，仅增加3.0°，但动态粘附力差异巨大，这归因于Cassie-Baxter状态下固体-液体接触面积分数极小。基于Young-Laplace方程和Cassie-Baxter模型，多尺度粗糙度在微褶皱中捕获空气，形成稳定气垫，提高毛细管入口压力（P_entry），从而抑制电润湿诱导的Cassie向Wenzel转变。反向CO?气泡粘附测试显示，EoL-Ag对CO?的粘附力显著更高，表明其不仅疏水，还亲气，有利于CO?向活性位点输送。研究人员进一步讨论了电润湿与碳酸盐沉淀的耦合失效机制：高电流密度下局部OH?积累并与CO?反应生成碳酸盐，在K?存在下析出K?CO?，形成亲水通道加速水淹。而EoL-Ag的低水粘附力阻止了液态水滞留，通过气体冲刷避免过饱和，从而切断该降解级联。操作态光学成像直观证实，在200 mA cm?2下商业Ag GDL背面已出现严重水穿透和盐结晶，而EoL-Ag即使在300 mA cm?2下也仅出现轻微液体渗透。后反应检查显示商业电极存在大量残余盐沉积，而EoL-Ag电极保持完好。
结论部分翻译：总之，研究人员成功开发了一条实用路径，将从报废太阳能电池板中回收的高纯度（约99.9%）银纳米颗粒升级循环为用于高倍率CO?转化的抗水淹电催化剂。物理表征和表面分析表明，湿法冶金回收结合激光光还原天然形成了高结晶度金属Ag?态，并具有独特的纳米至微米多尺度形貌分布。尽管这种分级多分散性与均匀商业催化剂相比在初始电化学活性面积（ECSA）上略有损失，但在高倍率MEA运行中它成为关键结构资产。多尺度表面粗糙度促进空气捕获，建立稳固的疏水界面，有效排斥液体电解质，抑制电润湿和碳酸盐沉淀。动态张力测量和操作态光学跟踪证实，EoL-Ag气体扩散电极具有卓越的抗水淹能力，在10 cm2零间隙电池中于100 mA cm?2下连续稳定电解超过600小时，在工业相关的200 mA cm?2下稳定运行55小时，CO选择性稳定在约95%。此外，整个回收流程所依赖的单元操作（机械拆解、热分层、酸浸和脉冲激光还原）已在RESET Company的预商业化规模得到验证，因此该策略为更大规模利用光伏废料银提供了技术可行的路径。这项工作展示了将电子废弃物增值与电催化碳利用相结合的潜力，为碳中和化学制造和可持续资源管理提供了关键里程碑。
