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氯氣是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)原料。海水作為地球最豐富的氯離子資源，被認(rèn)為是理想的替代原料。近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心在高熵合金納米線構(gòu)筑及其海水電解直接制氯研究方面取得進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)筑超細(xì)高熵合金納米線電催化電極，實(shí)現(xiàn)了海水電解直接制氯體系的高效穩(wěn)定運(yùn)行。研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合原位X射線吸收譜、原位紅外光譜及理論計(jì)算，對(duì)催化劑反應(yīng)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)演化進(jìn)行系統(tǒng)解析。結(jié)果表明，相較于高熵合金塊體材料，超細(xì)高熵合金納米線催化劑表面優(yōu)先生成活性氧物種，并降低氯氣生成與脫附能壘。同時(shí)，高熵合金納米線的原子臺(tái)階上的高曲率位點(diǎn)所引起的角邊效應(yīng)可以調(diào)控電子結(jié)構(gòu)，有效抑制副反應(yīng)發(fā)生，實(shí)現(xiàn)高選擇性氯氣析出。理論計(jì)算進(jìn)一步證實(shí)，該獨(dú)特結(jié)構(gòu)能夠精準(zhǔn)調(diào)控CER反應(yīng)中間體吸附強(qiáng)度，在動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)上均有利于氯氣生成。技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析表明，該體系相較傳統(tǒng)氯堿工藝可顯著降低32.8%的總生產(chǎn)成本，其中高熵合金電極促使電力消耗降低超50%，海水替代高純鹽水使原料成本降低超80%。該研究從高熵合金納米材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、反應(yīng)機(jī)理解析到電解系統(tǒng)構(gòu)建與經(jīng)濟(jì)評(píng)估，系統(tǒng)展示了海水直接電合成氯氣的可行技術(shù)路線。研究表明，高熵納米材料在復(fù)雜嚴(yán)苛的電解環(huán)境中具備獨(dú)特的穩(wěn)定性與電子調(diào)控能力，為開(kāi)發(fā)新一代綠色氯堿技術(shù)提供支撐。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-合成》（Nature Synthesis）上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。論文鏈接海水電解新型氯堿工藝的工業(yè)級(jí)運(yùn)行表現(xiàn)及經(jīng)濟(jì)評(píng)估