澳大利亚阿德莱德大学研究团队于2026年8月17日在《自然·合成》（Nature Synthesis）发表成果，提出一种氯介导电化学合成肼的新工艺。该技术以食盐水和含氮废液为电解质，通过控制电极表面吸附态氯物种与尿素直接偶联，成功将传统依赖高温高压与强氧化剂的百年制肼路线转向常温常压电化学路径。
肼作为高能量密度分子，长期用于卫星姿态控制推进剂、医药中间体及新型燃料电池。自1906年德国化学家弗里德里希·拉施格（Friedrich Raschig）发现次氯酸钠与氨反应制肼以来，全球约六成产能沿用奥林-拉施格法（Olin-Raschig），其余多采用拜耳-凯塔津法（Bayer-Ketazine）。这些工艺需在130℃至180℃、8至12巴压力下运行，大量消耗次氯酸钠或浓度达50%至70%的过氧化氢，且每吨产品副产4至5吨氯化钠废盐。强腐蚀性化学品的高昂储运成本与环保压力，促使化工界寻求替代方案。
氯介导双步反应打破电化学合成瓶颈
过去十年间，多项利用可再生电力进行电化学制肼的研究受限于电流密度瓶颈。有机电解体系导电性差、稳定性低，且热力学上肼的生成需高电位，而产物本身又是强还原剂，极易在电极表面被二次氧化分解为氮气。阿德莱德大学彭唐王（Pengtang Wang）与乔世章（Shi-Zhang Qiao）教授团队采取空间分离策略，将氧化与还原步骤拆解。在阳极区，铂电极表面生成的吸附态氯直接与吸附态尿素耦合，选择性生成N-氯代尿素；随后该中间物流入阴极碱性区，在氢氧化镁催化下完成脱质子与重排，释放出游离肼。此设计使肼脱离高电位电场环境，彻底规避了产物再氧化的热力学困境。
在流动电解槽实测中，该水系体系的电流密度稳定达到100毫安每平方厘米，电子至肼法拉第效率录得60.1%，生成速率达1.04毫摩尔每平方厘米每小时。相较于早期有机溶剂体系仅能维持数小时便衰减的性能，新工艺实现超过240小时的连续稳定运行，各项核心指标均跨越工业化门槛。
原料适配性与连续运行数据实测
工艺对原料的宽容度是评估其落地潜力的关键。研究组不仅使用纯尿素验证流程，还成功处理了富含尿素的工业废水乃至实际人体尿液。人类尿液平均含氮量约为每日11克，若全部转化为肼，理论产量可达12至13克。这意味着城市污水处理厂或偏远地区的含氮废液可直接作为碳中性甚至负碳足迹的原料池，大幅降低前段收集与提纯成本。
从产业链视角看，肼的需求扩张正与燃料电池技术迭代同步。日本大发汽车（Daihatsu）早年公开的无铂族金属碱性离子交换膜燃料电池即采用肼水合物为燃料，系统理论电压1.56伏，排放物仅为氮气与水。液态肼无需高压储氢罐或极低温液化设备，可复用现有燃油加注网络。若该电化学路线配合绿电运行，制造环节的碳排放将显著低于化石能源供电的传统化工装置。
下游应用前景与工程化待解课题
实验室数据亮眼，但向万吨级产能迈进仍面临明确的工程壁垒。电解槽内氯化钠持续结晶析出易堵塞流道，需配套在线除盐模块；从稀溶液中浓缩分离肼的能耗占比偏高，尚未找到低沸点共沸剂或高效膜分离方案。长时间运行下尿酸、肌酐等尿液杂质对铂催化剂活性的钝化效应，以及宏观反应器内的传质限制，均需通过中试放大进一步验证。
对于国内电化学合成与精细化工企业而言，该路线提示了介质调控结合空间隔离在复杂多应中的设计价值。采购端可关注具备耐氯腐蚀涂层与微通道结构的电解槽供应商，提前布局钛基或掺硼金刚石阳极材料储备。生产端建议跟踪氢氧化镁催化床层的寿命周期与再生工艺，优化碱液循环配比以降低后续蒸馏负荷。外贸渠道商则应留意欧美对肼类衍生物运输分类的修订动向，尽早建立符合联合国危险货物运输编号标准的包装与应急处理预案，以便在下一代绿色推进剂或氢能储运供应链切换时抢占先发优势。