當前廣泛使用的活性氯消毒劑（如次氯酸鹽）通常通過能耗較高的氯堿工業生產，產生腐蝕性強且有毒的氯氣，并需高純度水作為原料。近日，內蒙古大學武利民/王蕾研究團隊提出通過一種兩步反應機制，從源頭上規避有毒氯氣生成風險，在弱堿性海水環境中直接合成高價值消毒劑，將復雜多步反應簡化為一步綠色電合成，為氯堿工業提供了“資源-反應-產品”全鏈條低碳化的顛覆性技術范式。該研究成果在國際頂級期刊《Nature Sustainability》發表。

“傳統氯堿工業需要電解強酸性的飽和食鹽水，這一過程不僅需要高純水，反應過程復雜并伴隨有毒和易爆氣體產生。因此，開發氯堿工藝的替代工藝具有重要意義?！眱让晒糯髮W化學化工學院教授王蕾介紹，團隊開創性提出從天然海水中直接光電催化制備消毒劑的綠色高效途徑，極大提升經濟性與可持續性。

研究團隊提出了一種具有Cl-介導的新型光電極NbClO?/BiVO?，能夠直接從天然海水中光電化學合成消毒劑。該電極的起始電位為0.6 VRHE，次氯酸鹽法拉第效率接近100%，產率高達119.9 μmol cm?2 h?1，并具有超過500小時的穩定性。陰極同步生成Mg(OH)?、CaCO?和氫氣，軟化海水。這項技術通過NbClOx催化劑對海水中Cl?的定向介導和OH?的動態調控，在原子尺度上精準實現了OH*/Cl*活性物種的吸附-活化-轉化路徑協同，突破傳統氯堿工藝依賴氯氣中間體的技術瓶頸。

在生產相同總量消毒劑的情況下，相比于氯堿工藝使用的商業化DSA電極，該體系可以有效降低77.16%電能消耗和75.31% CO?排放，ClO-的成本約為$0.042±0.003kg-1。本工藝通過突破性機制創新和技術創新實現了消毒劑綠色合成與海洋資源高效利用的協同發展，為氯堿工業的低碳轉型提供了兼具環境效益與經濟競爭力的革新方案，標志著氯堿行業向可持續發展邁出了里程碑式的重要跨越。

該研究國家重點研發計劃、國家自然科學基金、自治區自然科學基金、自治區“英才興蒙”一層次團隊資金支持。