中南大學王長紅博士與李帥博士生針對傳統熱法合成鉿醇鹽環境效益差、經濟性不理想的問題，提出了綠色電合成鉿醇鹽方法，以醇與鉿為原料，直接合成鉿醇鹽。通過微動力學模擬與試驗研究，論證實現了耦合“負碳氫”制備的乙醇鉿“無廢”高效合成（30,477 USD/[kg 乙醇鉿]的經濟效益以及11.8 g H2/[kg 乙醇鉿]的負碳氫產量）。
為滿足當今科技高速發展對半導體器件尺寸的嚴苛要求，氧化鉿柵介質材料，因兼具優良控制性、高穩定性、高介電常數等突出優點，逐漸成為取代SiO2的納米電子柵介質材料。鉿醇鹽，因兼具高反應活性、低沉積溫度與高可靠性等優點，成為了氧化鉿前驅體的優選。然而，傳統的熱法合成鉿醇鹽存在有害“三廢”和二氧化碳（CO2）釋放、投入高和產率低（不到70%）的問題，嚴重阻礙其綠色可持續發展。 為此，我們提出了一種富有應用前景的電溶解耦合的鉿醇鹽合成(EHS)體系，以醇與金屬鉿為原料，基于協同反應——陽極鉿溶解、陰極醇脫氫和溶劑內鉿離子與烷氧離子自發化合，直接合成鉿醇鹽。以乙醇為溶劑、鉿為電介質，通過模擬與試驗的聯合路徑，論證實現了實驗室規模高純乙醇鉿的綠色高效生產（30,477 USD/[kg 乙醇鉿]的經濟效益以及11.8 g H2/[kg 乙醇鉿]的負碳氫制備）。與排放“三廢”和CO2以及凈利潤27,700 USD/[kg 乙醇鉿]的熱法合成相比，EHS體系在可持續性和效率方面取得了重大進步。 EHS體系可作為能源儲存體系與再生電耦合。EHS體系唯一副產品是“負碳”氫，耦合再生電時，可作為能量存儲系統助力太陽能和風能等可再生電力的間歇性調控。在相同的合成策略及原理下，電合成乙醇鉿可擴展并應用于合成其它鉿醇鹽——異丙醇鉿、正丁醇鉿、叔丁醇鉿等。綜上，EHS體系展現了可持續性和經濟性方面的綠色進步，并為高附加值鉿醇鹽的高效生產提供了極具應用前景的途徑。 論文信息 Electrodissolution-coupled hafnium alkoxide synthesis with high environmental and economic benefits Shuai Li, Prof. Shenghai Yang, Dr. Kangkang Li, Prof. Yanqing Lai, Chaoyong Deng, and Dr. Changhong Wang* ChemSusChem DOI: 10.1002/cssc.202200474
