導讀

羥胺（NH2OH）是尼龍、醫藥、燃料和農藥生產的關鍵中間體。目前，其工業化生產主要依賴傳統熱催化工藝（如Raschig法），需在高溫、高壓及強酸性條件下進行，不僅能耗高、成本昂貴，還因NH2OH的不穩定性帶來儲存和運輸中的安全風險（易分解和爆炸）。因此，開發溫和、可持續的現場合成NH2OH的技術迫在眉睫。

近年來，選擇性電化學還原硝酸根或亞硝酸根為NH2OH的綠色合成提供了新思路。該技術利用可再生能源驅動，可在常溫常壓下實現高效轉化，同時能夠利用廢水中的（亞）硝酸鹽污染物，兼具環境與經濟效益。然而，電合成NH2OH面臨重大挑戰：在電還原過程中，NH2OH作為中間體極易被進一步還原為氨（NH3），導致目標產物選擇性低下。因此，通過催化劑活性位點的精準設計，調控反應路徑并抑制過度還原，是實現NH2OH高效合成的關鍵。

鑒于此，化學工程學院王鴻靜/王亮/許友團隊設計開發了硼摻雜的非晶鉍金屬烯陣列催化劑（a-BiB MAs/CF），成功實現了高效硝酸鹽電還原合成NH2OH。研究表明，在所構筑的a-BiB MAs/CF催化劑中，非晶結構提供了豐富的活性位點，同時B摻雜誘導的p-sp軌道雜化有效調控了活性位點電子結構，協同優化了反應中間體吸附和活性氫供給動力學。這種獨特的協同機制使反應的電位決定步驟能壘顯著降低，在-0.4 V（vs. RHE）條件下即獲得85.3%的NH2OH法拉第效率（FE）。通過采用脈沖電解的策略，FE進一步提升至近100%（98.7%），超越多數已報道體系。本研究不僅提出了一種融合非晶工程與軌道雜化的新型催化劑設計策略，還證明了脈沖電解在調控電合成反應路徑中的有效性。

a-BiB MAs/CF催化劑形貌和結構表征

a-BiB MAs/CF催化劑電合成羥胺性能

a-BiB MAs/CF催化劑電合成羥胺機理分析

a-BiB MAs/CF催化劑電合成羥胺構效關系解析

相關研究成果以“Synergistic Modulation of Intermediate Adsorption and Active Hydrogen Supply Enable Pulsed Nitrate-to-Hydroxylamine Electroreduction with Nearly 100% Faradaic Efficiency”為題發表于國際刊物《Angewandte Chemie International Edition》。論文第一作者為化工學院博士生盛有為，通訊作者為化工學院王鴻靜教授、王亮研究員和許友副教授。該工作得國家自然科學基金、浙江省自然科學基金等項目的資助。

來源：浙江工業大學化學工程學院