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來源丨廣西師大科研微服務、科研大匠

5月17日，廣西師范大學化學與藥學學院/省部共建藥用資源化學與藥物分子工程國家重點實驗的潘英明教授/唐海濤副教授團隊與清華大學李亞棟院士/王定勝副教授團隊合作，在電化學領域取得重要研究進展，相關成果以“CO2-mediated organocatalytic chlorine evolution under industrial conditions”為題，在《Nature》上發表。

唐海濤副教授為該項成果的共同第一作者，實現了廣西師范大學在《Nature》上發文的歷史性突破。

氯堿行業是目前我國重要的基礎化學工業之一，在我國國民經濟中占有很大的比重，是我國國民經濟的重要組成部分，其主要是以原鹽和電為原料生產燒堿、氯氣、氫氣的基礎原材料產業，后續可進一步進行化學轉化得到更多的氯堿產品。氯堿產品種類多，關聯度大，其下游產品達到上千個品種，它廣泛應用于農業、石油化工、輕工、紡織、建材、電力、冶金、國防軍工等國民經濟各命脈部門，我國一直將主要氯堿產品產量作為國民經濟統計和考核的重要指標。

但是氯堿行業非常耗能，其能耗占到了全世界總發電量的4%(約150TWh)。所以對該電解過程進行優化，是一項具有挑戰性的工作，即便是輕微地提高該電解反應的效率也可以節約大量成本和能源。該電解過程的一個重要反應就是陽極的析氯反應（CER），對于該反應，最先進的電極仍然是幾十年前開發的涂層鈦陽極（DSA陽極）。鑒于此，我?；瘜W與藥學學院/省部共建藥用資源化學與藥物分子工程國家重點實驗的潘英明教授/唐海濤副教授團隊與清華大學李亞棟院士/王定勝副教授團隊合作發現酰胺類有機小分子修飾后的電極，在二氧化碳氣體的催化下可以極大地促進CER。他們發現在

10kAm-2的電流密度下過電位僅為89mV，可以實現99.6%的反應選擇性；相比于電極直接的CER，酰胺與二氧化碳形成的N-COOH中間體可以起到一個間接氧化產生氯自由基的作用（類似于Kolbe電解機理）。

作者在文中根據三電極測試發現在工業工況下，NCOOH電極在10kAm-2時的過電位明顯小于商業DSA的過電位（119mV）。而在雙電極系統中，NCOOH電極表現良好，如在4kAm-2的情況下，使用文中開發的電極生產每噸NaOH的用電量為1337千瓦時，而使用DSA生產每噸NaOH的用電量為1402千瓦時，可節省4.6%的電力消耗。而且，由Ti網支撐的NCOOH電極表現出了優異的穩定性。

潘英明教授和唐海濤副教授提到：CER過程中形成的氯自由基和酰胺自由基不僅可以促進氯堿工業的發展，同時還可以將這些高活性自由基中間體與其它物質反應，從而實現一些復雜有機合成反應，以及藥物的合成和結構修飾等，目前這些后續相關工作正在進行中。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05886-z

ium Batteries Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202303888.

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