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近日，西湖大学理学院人工光合作用与太阳能燃料中心孙立成教授团队在基于阴离子交换膜的电催化领域（AEM-beyond）取得重要进展。他们开发了一套完整的阴离子交换膜（AEM）流动电解工艺，在百瓦级（164.8 W）电堆中实现了高纯度2,5-呋喃二甲酸（FDCA）的连续、稳定制备。该研究为生物质平台分子的高值化利用与绿色化工产业化提供了重要技术路径。
相关研究成果以“Green chemical process for continuous production of high-purity 2,5-furandicarboxylic acid in anion exchange membrane flow electrolyzer”为题，发表于Nature Communications。
西湖大学理学院博士后刘峻伯、博士生陈德鑫为共同第一作者，西湖大学孙立成讲席教授为文章通讯作者。
论文地址：
https://doi.org/10.1038/s41467-026-68894-3
FDCA：连接生物质与绿色未来的“黄金分子”
FDCA 是一种重要的生物基平台化合物，可作为聚呋喃二甲酸乙二醇酯（PEF）等生物基聚合物的关键单体，替代传统石油基聚酯，具有广阔的低碳市场前景。然而，现有电催化制备FDCA的技术受限于生产效率低、产物纯度不足、难以连续制备等瓶颈，制约其规模化应用。
创新技术路径，实现全链条优化
针对上述挑战，研究团队设计并构建了一种高效阴离子交换膜HMF氧化电解系统（AEM-HMFOR），通过创新流道结构设计、优化催化剂与膜电极组装工艺，在工业相关浓度（500 mM HMF）和高电流密度（400 mA cm–2）条件下，实现了HMF的单程转化率100%，FDCA产率达96.2%，法拉第效率94.6%，时空产率高达367.2 mg h–1 cm–2。系统可稳定运行超过100小时，并成功放大至164.8 W的百瓦级电堆，标志着该技术初步具备中试放大潜力（图1）。在产物纯化方面，团队引入膜分离集成系统，结合纳滤与反渗透技术，将FDCA纯度从99.2%提升至99.8%，显著改善了后续聚合制备的PEF材料色泽与性能，形成从原料净化、电催化转化到产物纯化的全流程绿色工艺。
图1. (a) 性能对比图，本工作与已报道的相关技术比较；(b) 电堆在工业级电解条件下的长期稳定性。插图为164.8 W电堆实物图及高纯FDCA；(c) 提出的全流程绿色化学工艺，集成原料HMF纯化、产物FDCA电合成及连续分离提纯，以及利用FDCA制备的聚酯PEF
经济与环境效益“双高”
为进一步评估该技术的经济性与环境友好性，团队开展了系统的技术经济分析与生命周期评价。结果表明，该工艺生产FDCA的成本约为2224美元/吨，低于多种已报道的路线。若结合光伏等可再生能源供电，其全球变暖潜值可进一步降低75.1%，表现出优秀的经济竞争力和环境友好性（图2）。
图2. (a) 基于AEM-HMFOR技术的FDCA生产成本估算（受电流密度与电价影响）；(b) 两种典型情景下的详细成本构成；(c) 四种生产情景下FDCA的全球变暖潜势（GWP）对比。
注：情景IV（*）使用可再生能源电力
总结与展望
该研究不仅验证了AEM-HMFOR技术在大电流、高浓度条件下的长期运行稳定性，还实现了从实验室小尺寸电解槽到百瓦级规模的连续制备与纯化一体化演示，为生物质电催化转化技术的工程化应用提供了重要范例，有望推动生物基化学品的绿色制造与碳中和进程。
致谢
相关研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金及浙江省重点研发计划的资助。作者感谢西湖大学未来产业研究中心（RCIF）、物理科学仪器与服务中心（ISCPS）及分子科学仪器与服务中心（ISCMS）提供的技术协助与设备支持。感谢王琳秦博士（TEM 测试）、李文龙博士（XRD 测量）、林高鑫博士（Ni-Mo/NF 催化剂制备）以及陆春元博士（NMR 测试）。特别致谢曹兴博士和赵一龙博士的有益讨论。此外，感谢大连理工大学魏志勇教授和王立正博士在 PEF 聚合研究方面提供的帮助。
论文信息
Junbo Liu, Dexin Chen, Tang Tang & Licheng Sun. Green chemical process for continuous production of high-purity 2,5-furandicarboxylic acid in anion exchange membrane flow electrolyzer. Nature Communications (2026).
https://doi.org/10.1038/s41467-026-68894-3
西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心
CAP for Solar Fuels @ Westlake
“西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心”为西湖大学校级研究中心，成立于2020年3月，由中国科学院院士、人工光合作用领域专家、西湖大学理学院化学讲席教授孙立成博士组建，主要致力于太阳能燃料与太阳能电池科学前沿领域关键科学问题的基础研究和瓶颈应用技术的突破。
中心的研究方向包括高效分解水制氢催化剂的设计以及关键器件的集成和应用、光/电驱动CO2还原制备清洁燃料、光/电驱动N2还原合成氨、利用水作为氧源和氢源光/电驱动有机底物氧化与还原制备精细化学品、新型太阳能电池与相关催化剂/电极的耦合关键技术研发、新型捕光半导体材料及光阳极/光阴极的开发、天然光合作用释氧酶水氧化机理揭示、材料智能设计等，并力求从分子、材料等多个尺度上优化催化剂性能、理解复杂的固-气-液界面现象、调控电荷分离与传输、设计开发新型材料和催化体系实现高效太阳能转化和可再生绿色燃料及高端化学品的清洁制备。
中心官网：
https://cap.westlake.edu.cn/
