華大在線訊（通訊員 趙圣希）近日,，孫紅衛(wèi)團(tuán)隊(duì)在海水選擇性電合成氯消毒劑取得重要進(jìn)展,，在國際著名期刊《自然?可持續(xù)》（Nature sustainability）上發(fā)表了題為“Selective electrosynthesis of chlorine disinfectants from seawater”的研究論文（DIO: 10.1038/s41893-023-01265-8）。我校化學(xué)學(xué)院2020級博士研究生趙圣希為論文第一作者,，孫紅衛(wèi)副教授、李浩副教授,、張禮知教授為通訊作者,。

活性氯是最有效的污水和壓載水處理消毒劑之一。目前,，活性氯的生產(chǎn)主要依靠氯堿工藝,。該工藝使用貴金屬氧化物（RuO₂, Rh₂O₃, IrO₂）涂覆的鈦金屬板（DSA）為陽極，5 – 6 mol L^–1的飽和食鹽水為電解質(zhì),，先在酸性條件下（pH < 4）電解生成氯氣,，氯氣隨后在純水或堿溶液中通過歧化反應(yīng)生成活性氯。在當(dāng)前純水資源日趨稀缺和雙碳背景下,，該工藝受到的制約越來越多,。相較于淡水，鹽度為3.5 wt.％的海水約占地球總水量的96.5%,，是更理想的活性氯電化學(xué)合成資源,。然而，海水Cl^–濃度較低（< 0.5 mol L^–1）且組成復(fù)雜（含Br^?, SO₄^2?, NO₃^?, Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺等），給海水直接電化學(xué)合成活性氯帶來了極大挑戰(zhàn),。這是因?yàn)槲鲅醴磻?yīng)和析氯反應(yīng)會在DSA電極表面競爭活性位點(diǎn),，在低氯濃度、近中性海水中和工業(yè)高電流密度下,，析氧副反應(yīng)尤為嚴(yán)重,；而海水中的堿土金屬離子在電解過程中會沉積在DSA電極表面導(dǎo)致電極失活。此外,，DSA陽極還會持續(xù)溶出貴金屬離子,，導(dǎo)致電極失效并造成二次污染風(fēng)險(xiǎn)。因此,，開發(fā)高效,、高選擇、穩(wěn)定利用海水電化學(xué)合成活性氯的非貴金屬陽極具有重要學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用前景,。

針對這一挑戰(zhàn),，該團(tuán)隊(duì)采用機(jī)械化學(xué)法制備了Fe摻雜Ti₄O₇電極（Fe-Ti₄O₇）。Fe摻雜增強(qiáng)了Ti₄O₇表面晶格氧活性位點(diǎn)的親電性,，顯著提高了其在天然海水中活化低濃度氯離子的選擇性,，并有效抑制了堿土金屬離子在電極表面的沉積。Fe-Ti₄O₇電解天然海水合成活性氯的選擇性達(dá)到75%,，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)商業(yè)DSA電極（45%）,，其固有周轉(zhuǎn)頻率和質(zhì)量活性均比DSA高兩個(gè)數(shù)量級，且在實(shí)驗(yàn)室條件下穩(wěn)定運(yùn)行10天無明顯衰減,，展現(xiàn)出了卓越的穩(wěn)定性,。該海水電解系統(tǒng)可采用商業(yè)硅光伏電池驅(qū)動，活性氯合成速率高達(dá)3.15 mg min^?1,，能夠在五分鐘內(nèi)完全滅活遠(yuǎn)洋輪船壓載水中常見的細(xì)菌,，展示了良好的應(yīng)用前景。該研究為活性氯合成提供了一種綠色,、低碳,、可持續(xù)的創(chuàng)新解決方案。該團(tuán)隊(duì)目前正在積極推進(jìn)相關(guān)電極材料的產(chǎn)業(yè)化制備和應(yīng)用技術(shù)開發(fā),。

該工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,、上海市自然科學(xué)基金以及中國博士后科學(xué)基金的資助,。

全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41893-023-01265-8

（審讀人：王海）