当前广泛使用的活性氯消毒剂（如次氯酸盐）通常通过能耗较高的氯碱工业生产，产生腐蚀性强且有毒的氯气，并需高纯度水作为原料。近日，内蒙古大学武利民/王蕾研究团队提出通过一种两步反应机制，从源头上规避有毒氯气生成风险，在弱碱性海水环境中直接合成高价值消毒剂，将复杂多步反应简化为一步绿色电合成，为氯碱工业提供了“资源-反应-产品”全链条低碳化的颠覆性技术范式。该研究成果在国际顶级期刊《Nature Sustainability》发表。

“传统氯碱工业需要电解强酸性的饱和食盐水，这一过程不仅需要高纯水，反应过程复杂并伴随有毒和易爆气体产生。因此，开发氯碱工艺的替代工艺具有重要意义。”内蒙古大学化学化工学院教授王蕾介绍，团队开创性提出从天然海水中直接光电催化制备消毒剂的绿色高效途径，极大提升经济性与可持续性。

研究团队提出了一种具有Cl-介导的新型光电极NbClOₓ/BiVO₄，能够直接从天然海水中光电化学合成消毒剂。该电极的起始电位为0.6 VRHE，次氯酸盐法拉第效率接近100%，产率高达119.9 µmol cm⁻² h⁻¹，并具有超过500小时的稳定性。阴极同步生成Mg(OH)₂、CaCO₃和氢气，软化海水。这项技术通过NbClOx催化剂对海水中Cl⁻的定向介导和OH⁻的动态调控，在原子尺度上精准实现了OH*/Cl*活性物种的吸附-活化-转化路径协同，突破传统氯碱工艺依赖氯气中间体的技术瓶颈。

在生产相同总量消毒剂的情况下，相比于氯碱工艺使用的商业化DSA电极，该体系可以有效降低77.16%电能消耗和75.31% CO₂排放，ClO-的成本约为$0.042±0.003kg-1。本工艺通过突破性机制创新和技术创新实现了消毒剂绿色合成与海洋资源高效利用的协同发展，为氯碱工业的低碳转型提供了兼具环境效益与经济竞争力的革新方案，标志着氯碱行业向可持续发展迈出了里程碑式的重要跨越。

该研究国家重点研发计划、国家自然科学基金、自治区自然科学基金、自治区“英才兴蒙”一层次团队资金支持。