复旦大学团队破解尼龙关键原料生产绿色难题

复旦大学近日发布消息称，复旦大学化学系龚鸣副教授团队，联合美国加州大学圣地亚哥分校、华东理工大学和上海交通大学研究团队开发出了一种用普通碳电极高效生产己二腈的新策略：通过改造电极表面的“微环境”，让己二腈选择性大幅提升，实现更高的能量效率。

该研究成果有望打破己二腈生产过程中对铅、镉等重金属电极的依赖，同时显著降低电耗，让化工生产过程更环保、更节能，为尼龙产业链的绿色转型提供全新思路。《科学》(Science)期刊于10月2日在线发表这项研究成果。

己二腈是生产尼龙66的关键原料。目前，工业上主要依赖两条路线：一条是丁二烯与剧毒氢氰酸(HCN)反应，涉及高毒性气体，安全和环保压力越来越大;另一条是电化学丙烯腈加氢二聚法，已经工业化半个多世纪，必须使用铅、镉等重金属电极，长期运行会向电解液中释放金属离子，产生危险废水，需要昂贵且严格的处理。

如何告别对铅镉重金属电极依赖，龚鸣团队把目光转向改造碳电极界面的新路径。碳电极是一个共轭强度很高的体系，可以借助苯环与碳表面的相互作用，促进丙烯腈向己二腈转化。在此原理基础上，他们做了一系列筛选实验，找到了一种能够改变界面“微环境”的特殊分子——苄基三己基铵(Bn(Hexyl)₃N⁺)。

团队研究发现，苄基三己基铵改造碳电极界面的效果非常显著。在碳电极上，借助这一特殊分子，己二腈选择性超过80%，法拉第效率达到72.9%。相比之下，传统的四丁基铵体系在碳电极上选择性低、效率差，尤其在高电流密度下迅速衰减。

实验结果证明，在相同电流密度下，新体系所需电压更低，能量效率更高，让原本副反应多、不适合用的碳电极变得高效可用。

为验证成果的工业潜力，研究团队构建了两电极电解槽，阳极用泡沫镍，阴极用碳，电解液中含特殊分子。在50mA/cm²电流密度下，新体系的电压比传统铅-镍体系低约360mV，能量效率显著提升。

但长期运行中，研究团队发现电流和己二腈产率会逐渐下降，原因是过程中会形成油状副产物，堵塞电极界面。受电化学中脉冲电位控制的启发，团队设计了“方波脉冲”策略，让阳离子在电极表面反复吸附-脱附，动态刷新界面。

在脉冲策略下，三电极体系的己二腈选择性进一步提升，副产物比例也可以调控。这意味着，碳电极体系能超越过往的生产效率，且更加绿色、环保，传统铅、镉体系的生产路径有望被颠覆。

目前，这项技术距离大规模工业部署仍有距离。下一步，研究团队将进一步提高己二腈的选择性与合成效率，充分展示成果的工业化潜力，让产业链看到其应用前景;同时，优化电化学反应中与负极配对的正极反应，改善整个电解体系的性能。