理学院 | 邱博诚教授团队实现从废弃尼龙到高值腈类化合物的高效升级

  近日，理学院邱博诚教授团队在化学化工类顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》在线发表题为“Efficient Electrosynthesis of Dinitrile from Nylon-66-Derived Diamine Enabled by Highly Active Mn-O-Co Motifs in Spinel Oxides”的研究论文。该研究实现了以废弃尼龙扎带为原料合成高值化学品己二腈，为己二腈的绿色合成提供了新方法，也为废弃尼龙塑料的资源化利用开辟了一条新途径。

己二腈作为一种关键化工中间体，在能源存储器件与聚合物合成等领域具有广泛应用。当前工业上主要通过1,3-丁二烯氰化法制备己二腈，但该路线能耗高、依赖剧毒氢氰酸原料，存在显著的环境与安全风险。

图1 己二腈合成的多种途径示意图比较

该研究发展了一种基于Mn掺杂的Co₃O₄（Mn-Co₃O₄）催化剂的新型电重整策略，用于从废弃的尼龙-66塑料中高效合成己二腈。Mn与Co位点的协同作用有效活化了N-H键，从而驱动Mn-Co₃O₄在200 mA cm⁻²的高电子密度下，实现了己二腈的高效合成，其法拉第效率高达93%，产生速率达0.87 mmol cm⁻² h⁻¹。

图2 Mn掺杂调控Co₃O₄催化剂电子结构

研究表明，Mn选择性掺杂进入八面体Co³⁺位点，构建了高活性的Mn-O-Co结构单元。在该单元中，Mn位点负责吸附己二胺分子，而相邻的Co位点则主导生成活性羟基物种。这种Mn与Co位点之间的协同作用，有效促进了己二胺氧化脱氢反应，并同时抑制了在高密度电流下发生的竞争性析氧反应。此外，本研究通过酸水解结合双电极电解，成功以废弃扎带为原料制备高纯度己二腈，总收率达95%，展示了一条可扩展的废弃塑料高值化电合成路径。

图3 己二腈电合成机制

该研究以南京农业大学硕士生杨沛诺，博士生马盈鑫，都柏林圣三一大学郭旭耘博士，硕士生韩梦想为共同第一作者。邱博诚教授，中国科学技术大学张宁教授，中国科学院深圳先进技术研究院商健副研究员为共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金项目、重点实验室开放课题、中央高校基本科研业务费等项目资助。

全文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202516581