电化学合成技术是化学工业实现脱碳的路径，电化学合成能够在温和反应条件生产高附加值的化学品。有鉴于此，新泽西理工学院张文教授等报道没有膜的流动相电解槽进行配对电催化反应，将硝酸盐（NO₃^-）和氯（Cl^-）废品物质转化为NH₃和Cl₂。

本文要点

（1）

这种电解槽通过将电化学合成和气体产物分离结合，减少了非必要的NH₃和Cl₂的氧化还原反应，以及产物损失。

（2）

当使用3个电解槽堆栅模组，能够高效率的进行反渗透废物流处理。从而能够生成浓度为83.8 mM (NH₄)₂SO₄和243.4 mM NaClO，生成固体产物的单位用电量达到7.1 kWh kg^-1。处理后废水中的NH₃/NH₄⁺浓度为0.3 mM，NO₂^-浓度为0.2 mM，Cl₂/HClO/ClO^-浓度为0.1 mM，达到了废水排放污染物含量的标准。

这项研究展示了通过选择合适的半反应搭建的配对电催化反应体系，能够利用废水代替电解液，并且将合成过程与分离过程结合，完善了电化学合成平台。

作者介绍 

张文教授，博导，就职于新泽西理工大学(New Jersey Institute of Technology)纽瓦克工程学院John A. Reif, Jr.土木与环境系以及该校化学与材料工程系。 张博士是美国Delaware和New Jersey州专业注册工程师，同时也是美国环境工程师和环境科学家学院 (American Academy of Environmental Engineers and Scientists (AAEES))认证环境工程师(Board Certified Environmental Engineer, BCEE)。他主要教授课程有环境工程原理，环境微生物学和环境纳米技术等本科和研究生课程。他主持了美国EPA, NSF, USDA, SERDP, DOE, USBR, 美国膜科学工程与技术(MAST)中心资助的科研重大项目(总经费达500多万美元)。其研究项目成果包括发表在Advanced Energy Materials, Nano Energy, ES&T、Journal of Physical Chemistry, Small, ACS Applied Materials & Interfaces等国际权威期刊发表论文100余篇，总引用数超过9000，H-index为55。同时，张课题组迄今已获得六项发明专利，其中三项正在进行商业化。

参考文献

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