打破校史：地方“双非”高校发 Nature！当前聚焦

2023-05-22 11:08:17 来源：美辑科研

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5 月 17 日，广西师范大学化学与药学学院/ 省部共建药用资源化学与药物分子工程国家重点实验的潘英明教授 / 唐海涛副教授团队与清华大学李亚栋院士 / 王定胜副教授团队合作，在电化学领域取得重要研究进展，相关成果以 "CO2-mediated organocatalytic chlorine evolution under industrial conditions" 为题，在《Nature》上发表。

唐海涛副教授为该项成果的共同第一作者，实现了广西师范大学在《Nature》上发文的历史性突破。

氯碱行业是目前我国重要的基础化学工业之一，在我国国民经济中占有很大的比重，是我国国民经济的重要组成部分，其主要是以原盐和电为原料生产烧碱、氯气、氢气的基础原材料产业，后续可进一步进行化学转化得到更多的氯碱产品。氯碱产品种类多，关联度大，其下游产品达到上千个品种，它广泛应用于农业、石油化工、轻工、纺织、建材、电力、冶金、国防军工等国民经济各命脉部门，我国一直将主要氯碱产品产量作为国民经济统计和考核的重要指标。

但是氯碱行业非常耗能，其能耗占到了全世界总发电量的 4% ( 约 150TWh ) 。所以对该电解过程进行优化，是一项具有挑战性的工作，即便是轻微地提高该电解反应的效率也可以节约大量成本和能源。该电解过程的一个重要反应就是阳极的析氯反应（CER），对于该反应，最先进的电极仍然是几十年前开发的涂层钛阳极（DSA 阳极）。鉴于此，我校化学与药学学院 / 省部共建药用资源化学与药物分子工程国家重点实验的潘英明教授 / 唐海涛副教授团队与清华大学李亚栋院士 / 王定胜副教授团队合作发现酰胺类有机小分子修饰后的电极，在二氧化碳气体的催化下可以极大地促进 CER。他们发现在

10kAm-2 的电流密度下过电位仅为 89mV，可以实现 99.6% 的反应选择性；相比于电极直接的 CER，酰胺与二氧化碳形成的 N-COOH 中间体可以起到一个间接氧化产生氯自由基的作用（类似于 Kolbe 电解机理）。

作者在文中根据三电极测试发现在工业工况下，NCOOH 电极在 10kAm-2 时的过电位明显小于商业 DSA 的过电位（119mV）。而在双电极系统中，NCOOH 电极表现良好，如在 4kAm-2 的情况下，使用文中开发的电极生产每吨 NaOH 的用电量为 1337 千瓦时，而使用 DSA 生产每吨 NaOH 的用电量为 1402 千瓦时，可节省 4.6% 的电力消耗。而且，由 Ti 网支撑的 NCOOH 电极表现出了优异的稳定性。

潘英明教授和唐海涛副教授提到：CER 过程中形成的氯自由基和酰胺自由基不仅可以促进氯碱工业的发展，同时还可以将这些高活性自由基中间体与其它物质反应，从而实现一些复杂有机合成反应，以及药物的合成和结构修饰等，目前这些后续相关工作正在进行中。

论文链接：

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

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