中南大学王长红博士与李帅博士生针对传统热法合成铪醇盐环境效益差、经济性不理想的问题，提出了绿色电合成铪醇盐方法，以醇与铪为原料，直接合成铪醇盐。通过微动力学模拟与试验研究，论证实现了耦合“负碳氢”制备的乙醇铪“无废”高效合成（30,477 USD/[kg 乙醇铪]的经济效益以及11.8 g H2/[kg 乙醇铪]的负碳氢产量）。
为满足当今科技高速发展对半导体器件尺寸的严苛要求，氧化铪栅介质材料，因兼具优良控制性、高稳定性、高介电常数等突出优点，逐渐成为取代SiO2的纳米电子栅介质材料。铪醇盐，因兼具高反应活性、低沉积温度与高可靠性等优点，成为了氧化铪前驱体的优选。然而，传统的热法合成铪醇盐存在有害“三废”和二氧化碳（CO2）释放、投入高和产率低（不到70%）的问题，严重阻碍其绿色可持续发展。 为此，我们提出了一种富有应用前景的电溶解耦合的铪醇盐合成(EHS)体系，以醇与金属铪为原料，基于协同反应——阳极铪溶解、阴极醇脱氢和溶剂内铪离子与烷氧离子自发化合，直接合成铪醇盐。以乙醇为溶剂、铪为电介质，通过模拟与试验的联合路径，论证实现了实验室规模高纯乙醇铪的绿色高效生产（30,477 USD/[kg 乙醇铪]的经济效益以及11.8 g H2/[kg 乙醇铪]的负碳氢制备）。与排放“三废”和CO2以及净利润27,700 USD/[kg 乙醇铪]的热法合成相比，EHS体系在可持续性和效率方面取得了重大进步。 EHS体系可作为能源储存体系与再生电耦合。EHS体系唯一副产品是“负碳”氢，耦合再生电时，可作为能量存储系统助力太阳能和风能等可再生电力的间歇性调控。在相同的合成策略及原理下，电合成乙醇铪可扩展并应用于合成其它铪醇盐——异丙醇铪、正丁醇铪、叔丁醇铪等。综上，EHS体系展现了可持续性和经济性方面的绿色进步，并为高附加值铪醇盐的高效生产提供了极具应用前景的途径。 论文信息 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
