浙工大王鸿静/王亮/许友团队在在电化学合成羟胺领域取得新进展

导读

羟胺（NH2OH）是尼龙、医药、燃料和农药生产的关键中间体。目前，其工业化生产主要依赖传统热催化工艺（如Raschig法），需在高温、高压及强酸性条件下进行，不仅能耗高、成本昂贵，还因NH2OH的不稳定性带来储存和运输中的安全风险（易分解和爆炸）。因此，开发温和、可持续的现场合成NH2OH的技术迫在眉睫。

近年来，选择性电化学还原硝酸根或亚硝酸根为NH2OH的绿色合成提供了新思路。该技术利用可再生能源驱动，可在常温常压下实现高效转化，同时能够利用废水中的（亚）硝酸盐污染物，兼具环境与经济效益。然而，电合成NH2OH面临重大挑战：在电还原过程中，NH2OH作为中间体极易被进一步还原为氨（NH3），导致目标产物选择性低下。因此，通过催化剂活性位点的精准设计，调控反应路径并抑制过度还原，是实现NH2OH高效合成的关键。

鉴于此，化学工程学院王鸿静/王亮/许友团队设计开发了硼掺杂的非晶铋金属烯阵列催化剂（a-BiB MAs/CF），成功实现了高效硝酸盐电还原合成NH2OH。研究表明，在所构筑的a-BiB MAs/CF催化剂中，非晶结构提供了丰富的活性位点，同时B掺杂诱导的p-sp轨道杂化有效调控了活性位点电子结构，协同优化了反应中间体吸附和活性氢供给动力学。这种独特的协同机制使反应的电位决定步骤能垒显著降低，在-0.4 V（vs. RHE）条件下即获得85.3%的NH2OH法拉第效率（FE）。通过采用脉冲电解的策略，FE进一步提升至近100%（98.7%），超越多数已报道体系。本研究不仅提出了一种融合非晶工程与轨道杂化的新型催化剂设计策略，还证明了脉冲电解在调控电合成反应路径中的有效性。

a-BiB MAs/CF催化剂形貌和结构表征

a-BiB MAs/CF催化剂电合成羟胺性能

a-BiB MAs/CF催化剂电合成羟胺机理分析

a-BiB MAs/CF催化剂电合成羟胺构效关系解析

相关研究成果以“Synergistic Modulation of Intermediate Adsorption and Active Hydrogen Supply Enable Pulsed Nitrate-to-Hydroxylamine Electroreduction with Nearly 100% Faradaic Efficiency”为题发表于国际刊物《Angewandte Chemie International Edition》。论文第一作者为化工学院博士生盛有为，通讯作者为化工学院王鸿静教授、王亮研究员和许友副教授。该工作得国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等项目的资助。

来源：浙江工业大学化学工程学院