电化学固氮合成胺类物质，为医药、化妆品等行业原料生产开辟可持续新路径

胺类物质无处不在，药片里的活性成分，洗发水里的乳化稳定剂，到染料、农药的合成中间体，胺（amine）构成了现代化工的基础骨架之一。 然而，生产这些物质的传统路径高度依赖化石燃料衍生品，并需要经历氨合成、氢化等高能耗中间步骤。一项来自巴西的最新研究，正在试图绕开这整条复杂的链条，直接从空气中取氮。

胺类化合物是化妆品配方体系的重要组成部分。三乙醇胺（TEA）、氨甲基丙醇（AMP）等胺类物质长期被用作 pH 调节剂和乳化辅助剂，而脂肪胺衍生物则广泛应用于护发素、柔顺剂的调理成分中。 此外，二异丙胺（diisopropylamine）等仲胺还是合成多种功能性护肤活性物的前体原料，其工业级别的生产成本与碳排放水平，直接关系到下游产品的可持续性表现。

目前，工业胺的合成主要依赖还原胺化或氨的烷基化，氮源通常来自哈伯-博施法合成的氨，而该工艺每年约消耗全球能源总量的 2%，CO₂ 排放量约占全球总排放的 1%。 化妆品行业对可再生、低碳原料的需求日益迫切，而传统合成路线的高碳属性是一个长期待解的矛盾。

圣卡洛斯联邦大学（UFSCar）功能材料开发中心（CDMF）的研究团队，联合英国巴斯大学，在 ACS Electrochemistry 发表了一项具有概念突破意义的研究成果。 研究的核心问题是，能否跳过氨这一中间体，直接将空气中的氮气（N₂）转化为有机胺？

团队的答案是肯定的。他们以非晶态二硫化钼（MoS₂）修饰碳纸电极作为催化剂，在常温常压水溶液条件下，以电化学方式驱动氮气与丙酮反应，直接合成了异丙胺（isopropylamine）和二异丙胺（diisopropylamine）。 这两种丙胺类化合物在有机合成和工业应用中均具有重要地位。整个过程只需施加外部电位，无需分子氢、无需高温高压、无需催化剂的预活化处理，原则上可接入太阳能或风能等可再生电力驱动。

从机制上看，MoS₂电极的作用是活化 N₂ 分子，这是整个反应链条中最具挑战性的一步，因为氮气中的 N≡N 三键键能极高（约 945 kJ/mol），在常规条件下几乎不参与化学反应。 MoS₂ 通过其特殊的表面电子结构，降低了 N₂ 活化的能垒，进而催化了 C-N 键的形成，使氮气直接参入有机分子骨架成为可能。

从法拉第效率来看，团队报告在 -0.75 V（vs. SCE）电位条件下，异丙胺的法拉第效率（faradaic efficiency）为 0.46%，二异丙胺为 2.0%，后者为主要产物。 目前效率仍处于较低水平，研究者坦承这是进一步优化的方向，不过概念可行性已经得到明确验证。

对于化妆品原料供应链而言，这项研究的战略意义重于其当前的实用价值。它所开辟的，是一条以可再生电力为驱动、以空气和生物基丙酮为原料、一步合成有机胺的绿色路径，从原料来源、生产条件到能耗结构，均与当前工业路线有本质区别。 如果催化剂的设计、电极结构和反应条件得到系统优化，此类电合成平台有望在特定胺类物质的小批量精细化生产中率先实现落地。

值得关注的是，电化学合成作为“化学工业电气化”的重要路径，正在成为国际绿色化工领域的研究热点。 将可再生电力直接转化为化学键，理论上可以将化工生产从化石燃料的强依赖中解耦出来，与全球能源转型目标高度契合。对于化妆品供应商链企业而言，密切关注电合成技术在含氮功能分子领域的进展，将是中长期技术布局的重要议题。

综合参考自  ACS Electrochemistry 论文 DOI: 10.1021/acselectrochem.5c00490 等资料

来源：

作者：John Xie