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電化學合成技術是化學工業實現脫碳的路徑，電化學合成能夠在溫和反應條件生產高附加值的化學品。有鑒于此，新澤西理工學院張文教授等報道沒有膜的流動相電解槽進行配對電催化反應，將硝酸鹽（NO₃^-）和氯（Cl^-）廢品物質轉化為NH₃和Cl₂。

本文要點

（1）

這種電解槽通過將電化學合成和氣體產物分離結合，減少了非必要的NH₃和Cl₂的氧化還原反應，以及產物損失。

（2）

當使用3個電解槽堆柵模組，能夠高效率的進行反滲透廢物流處理。從而能夠生成濃度為83.8 mM (NH₄)₂SO₄和243.4 mM NaClO，生成固體產物的單位用電量達到7.1 kWh kg^-1。處理后廢水中的NH₃/NH₄⁺濃度為0.3 mM，NO₂^-濃度為0.2 mM，Cl₂/HClO/ClO^-濃度為0.1 mM，達到了廢水排放污染物含量的標準。

這項研究展示了通過選擇合適的半反應搭建的配對電催化反應體系，能夠利用廢水代替電解液，并且將合成過程與分離過程結合，完善了電化學合成平臺。

作者介紹 

張文教授，博導，就職于新澤西理工大學(New Jersey Institute of Technology)紐瓦克工程學院John A. Reif, Jr.土木與環境系以及該校化學與材料工程系。 張博士是美國Delaware和New Jersey州專業注冊工程師，同時也是美國環境工程師和環境科學家學院 (American Academy of Environmental Engineers and Scientists (AAEES))認證環境工程師(Board Certified Environmental Engineer, BCEE)。他主要教授課程有環境工程原理，環境微生物學和環境納米技術等本科和研究生課程。他主持了美國EPA, NSF, USDA, SERDP, DOE, USBR, 美國膜科學工程與技術(MAST)中心資助的科研重大項目(總經費達500多萬美元)。其研究項目成果包括發表在Advanced Energy Materials, Nano Energy, ES&T、Journal of Physical Chemistry, Small, ACS Applied Materials & Interfaces等國際權威期刊發表論文100余篇，總引用數超過9000，H-index為55。同時，張課題組迄今已獲得六項發明專利，其中三項正在進行商業化。

參考文獻

Gao, J., Ma, Q., Wang, Z. et al. Direct electrosynthesis and separation of ammonia and chlorine from waste streams via a stacked membrane-free electrolyzer. Nat Commun 15, 8455 (2024).

DOI: 10.1038/s41467-024-52830-4

https://www.nature.com/articles/s41467-024-52830-4