長期以來，尿液處理一直是城市污水處理中最復雜的環節之一。尿液中富含的尿素是具有潛在經濟價值的氮源，但現有技術由于能耗高、分離效果差且環境成本高，難以實現經濟性與環保性的平衡。

為解決這一問題，河南大學時新建教授聯合賈瑜教授、呂鵬博士等人合作開發了一種創新性的原位電化學技術，通過綠色低能耗的工藝，將人類和哺乳動物尿液中的尿素利用電化學反應直接轉化為高純度過碳酰胺（一種高附加值尿素衍生物），首次實現原位電催化產固體過氧化物。這一技術不僅實現了尿素的高效分離，還將“廢棄物”資源化，有效提升了污水處理的經濟效益與環保性能（圖1）。

圖1：新型尿素提取方法與傳統方法對比。

研究團隊通過精準控制反應中的活性位點和結構設計，實現了尿素的高效轉化和過碳酰胺的高純度收集。實驗顯示，這種技術能夠在低能耗條件下實現接近100%的過碳酰胺純度，并將轉化效率提升至新的高度（圖2）。

圖2：結構調控與機制創新。

更重要的是，這一技術形成了一個“生產—利用—回收”的閉環模式。在轉化過程中，尿液中的氮元素被高效利用，同時減少了污水處理中的能源消耗和溫室氣體排放。這種方法為未來城市和農村的廢水處理提供了可復制、可推廣的新范式（圖3）。

圖3：尿液大規模集中處理概念圖。

與此同時，研究團隊驗證了過碳酰胺作為一種新型高附加值產物，在農業、環境治理和醫療領域具有廣泛的應用潛力（圖4），此外，該路徑生產成本低，市場價格具競爭力。

圖4：過碳酰胺獲取過程及廣泛的應用價值。

該研究不僅標志著河南大學在可持續化學與資源化利用領域的重大突破，也為全球城市污水處理和資源回收提供了新的思路和視角。研究成果以題為“In situ electrochemical production of solid peroxide from urine”為題發表在Nature Catalysis，標志著原位電催化產固體過氧化物的首次突破。該成果入選封面文章，并在Nature系列專欄進行熱點報道(標題：Extracting fertilizer from ‘liquid gold’ urine—從“液體黃金”尿液中提取肥料)。

河南大學時新建教授為論文第一作者，時新建教授、呂鵬博士和斯坦福大學鄭曉琳教授為該論文的共同通訊作者，河南大學為第一通訊單位。該研究得到了國家自然科學基金項目、中國博士后國際交流計劃項目、中國博士后科學基金項目、河南省留學人員擇優資助項目的支持。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41929-024-01277-3