海水から直接塩素を電解合成するための高エントロピー合金ナノワイヤを開発 (High-entropy Alloy Nanowires Developed for Direct Chlorine Electrosynthesis from Seawater)

2026-03-09 中国科学院(CAS)

中国科学院・国家ナノ科学技術センターのZHAO Shenlong研究チームは、海水から直接塩素を生成できる高効率電極触媒として、超微細高エントロピー合金ナノワイヤー(UF-HEANWs)を開発した。世界の塩素の95%以上は電力消費が大きいクロルアルカリ法に依存しているが、本研究ではPt、Ni、Co、Fe、Moからなるナノワイヤーを設計し、格子歪み構造と多数の原子ステップにより塩素生成反応を促進した。海水フロー電解装置で電流密度10 kA m⁻²において塩素選択率98.1%を達成し、5500時間以上安定して作動。80℃の酸性海水でも劣化やPt溶出はほとんど見られなかった。分光解析により、運転中に形成される高原子価Pt-O活性サイトが高性能の要因と判明。技術経済評価では、海水直接電解により塩素製造コストは463.7ドル/トンとなり、従来法より32.8%低減できることが示された。豊富な海水資源を利用する持続可能な塩素製造技術として期待される。

<関連情報>

海水から塩素を直接電気合成するための高エントロピー合金ナノワイヤ High-entropy alloy nanowires for direct electrosynthesis of chlorine from seawater

Yongchao Yang,Yuwei Yang,Jodie A. Yuwono,Soshan Cheong,Xinshuo Shi,Tingting Zhao,Richard D. Tilley,Nicholas M. Bedford & Shenlong Zhao
Nature Synthesis  Published:18 February 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s44160-026-00999-5

海水から直接塩素を電解合成するための高エントロピー合金ナノワイヤを開発 (High-entropy Alloy Nanowires Developed for Direct Chlorine Electrosynthesis from Seawater)

Abstract

Developing active and stable electrocatalysts for the chlorine evolution reaction (CER) is critical for chlor-alkali processes but remains challenging. Here we introduce ultrafine high-entropy alloy nanowires (UF-HEANWs) enriched with atomic steps as efficient CER catalysts for direct chlorine electrosynthesis from seawater. A seawater flow electrolyser equipped with UF-HEANW anodes achieves 98.1% CER selectivity at an industrial-scale current density of 10 kA m−2, maintaining continuous operation for over 5,500 h. Operando studies reveal that atomic steps in lattice-distorted UF-HEANWs create corner-edge electronic heterogeneity, triggering the in situ generation of high-valent Pt–O sites with localized electronic states and unsaturated coordination. These dynamic active structures enhance chloride adsorption and chlorine desorption, leading to improved activity and selectivity during CER. A techno-economic analysis shows that costs are reduced by 32.8% versus the chlor-alkali industry, with 51.3% less electricity used during electrolysis via high-entropy alloy anodes and 83.1% lower feedstock costs from seawater replacement.

0500化学一般
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