四川大學(xué)李敬與合作者在Nat. Synth.發(fā)表可持續(xù)低碳催化技術(shù)領(lǐng)域最新研究成果

導(dǎo)讀

近日，四川大學(xué)碳中和未來技術(shù)學(xué)院特聘副研究員李敬與合作者在國際頂級期刊《自然·合成》（

Nature Synthesis

發(fā)展“節(jié)能降碳”的可持續(xù)綠色化工技術(shù)是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要手段。綠電如風(fēng)能、太陽能驅(qū)動的電催化技術(shù)，既可促進(jìn)綠電分布式消納，又能在常溫常壓下合成綠色高值化學(xué)品。肟是一類重要的含氮化合物（通式：R1R2C=NOH），是許多商業(yè)藥物（如奧比多肟、普拉利多肟、抗生素）和農(nóng)藥（如滅多威）的活性成分，也是合成其他含氮化合物（胺、腈）的中間體。其中，最具代表性的肟——環(huán)己酮肟，經(jīng)貝克曼重排可得到己內(nèi)酰胺，是生產(chǎn)尼龍-6（年產(chǎn)量約1000萬噸）的關(guān)鍵前體，在紡織纖維、工程塑料、薄膜等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

羥胺（NH2OH）作為合成肟類化合物的關(guān)鍵原料，其傳統(tǒng)的NO熱催化還原法和氨肟化法面臨碳排放高、耗能大、貴金屬催化劑用量大、副產(chǎn)物多等問題。研究團(tuán)隊針對以上問題，首次提出了基于電催化技術(shù)的“兩步肟化法”策略，將亞硝酸根電還原合成游離態(tài)羥胺與醛/酮肟化反應(yīng)串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了一系列肟類化合物的高效、綠色、通用合成。克服了現(xiàn)有“一步肟化法”（即醛/酮與NOx共進(jìn)料）中存在的負(fù)面效應(yīng)（如醛/酮底物吸附阻塞位點(diǎn)、醛/酮自身電還原、跨膜擴(kuò)散）。

具體而言，該研究開發(fā)的FePc-KB分子催化劑能高效選擇性電催化NO2?還原制備游離態(tài)羥胺，結(jié)合使用膜電極組件反應(yīng)器，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)級電流密度下，中性介質(zhì)中游離態(tài)羥胺電合成的最高記錄（分電流密度262.9 mA cm_2，產(chǎn)率2.452 mmol cm_2h_1）。相比傳統(tǒng)的氨肟化法，能耗顯著降低（15.4 vs. 20-30 MJ kg_1），得益于低電耗及可再生電能的使用，碳排放可降低63%，為肟類化工尤其是服務(wù)于化纖、工程塑料等領(lǐng)域的尼龍6產(chǎn)業(yè)低碳可持續(xù)發(fā)展提供了新機(jī)遇。

該研究聯(lián)合了清華大學(xué)等單位，得到了國家自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)等項目的資助。清華大學(xué)博士研究生劉翔為論文共同第一作者，清華大學(xué)段昊泓副教授與贛南師范大學(xué)徐思民為共同通訊作者，主要合作者還有清華大學(xué)彭悅副研究員，中科院大連化學(xué)物理研究所李旭寧研究員和中科院高能物理研究所鄭黎榮副研究員。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s44160-025-00879-4

來源：四川大學(xué)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院