中国研究团队以空气和水为原料合成重要化工中间体

中国科学技术大学曾杰教授、耿志刚教授研究团队，仅以空气和水为原料，设计出一种全新的、可持续的方法，并成功合成羟胺。

4月19日，该成果发表在国际权威期刊《自然·可持续性》(Nature Sustainability)上。

羟胺是一种重要的化工中间体，广泛应用在医药、纺织、电子等精细化工领域。

曾杰介绍，工业制羟胺通常以氨为原料，以氢气或二氧化硫为还原剂，其生产过程不仅会消耗大量能源和化石资源，还会排放大量二氧化碳，造成环境污染。

在“雷雨发庄稼”的自然现象启发下，研究人员借助等离子体放电技术，成功在常温常压条件下将空气转化为氮氧化物。

“等离子体放电会使空气中产生二氧化氮等氮氧化物。”曾杰说，有了二氧化氮，就可以进一步制备硝酸。

为提高硝酸的制备效率，研究人员开发设计出一种等离子体平行电弧放电装置和多级气体循环吸收塔装置，实现仅以空气和水为原料，连续生产浓度高达7.5克每升的硝酸溶液。

“在实际生产中，产物分离成本在生产总成本中占比很高。如果只得到低浓度羟胺，那么制羟胺还将需要‘天价’分离成本。”曾杰说，为了降低产物分离成本，需要进一步提高羟胺在溶液中的累积浓度。

于是，研究人员对硝酸溶液进行了5小时的持续电解，最终得到含量高达2.5克每升的羟胺溶液，并验证了延长电解时间可以提高其累积浓度。

中国科学院院士、北京大学教授席振峰表示：“该工作将环境中的空气和水转化为高附加值的羟胺，为化工行业提供了一种新的潜在的氮源转化途径。”

中国科学院院士、中国科学院理化技术研究所研究员吴骊珠认为，该工作为发展基于电力驱动的绿色人工固氮过程提供了新范例，是氮物种可持续资源化利用的重要方向。

曾杰表示，接下来，将从升级等离子体放电装置和优化高效电催化剂两方面出发，提高电合成羟胺的能量利用效率，从而进一步提高其经济效益。