中国科学院化学研究所朱庆宫研究员JACS: 如何让两电极同时“干活”-脉冲配对电合成甲酰胺

背景：传统甲酰胺合成依赖化石燃料，需高温高压条件，能耗高且碳排放量大，亟需开发一种绿色节能的新型合成策略。研究目的：中国科学院化学研究所朱庆宫研究员团队提出一种创新的脉冲配对电合成方法，以CH₃OH和NO₂⁻为原料，在无隔膜电解池中利用有序CuPd催化剂，通过脉冲电位调控氧化还原中间体，实现阴极和阳极同时高效生产甲酰胺，以提高电子利用率和能量效率。结论：研究显示，在最优脉冲参数下，甲酰胺的法拉第效率可达85.6%，电流密度为81.5 mA cm⁻²，产率达263.3 μmol·h⁻¹·cm⁻²。原位表征和理论计算表明，有序CuPd位点促进了NO₂⁻和CH₃OH的活化，脉冲模式增强了关键中间体的局域浓度和传质，成功实现了C–N偶联。技术经济分析证实该策略在经济上具备可行性，电力成本接近0.05 USD/kWh时，甲酰胺生产成本接近市场价格，展现了脉冲配对电合成在可持续化学品生产中的巨大潜力。