近期，我实验室胡源研究员、宋磊教授、胡伟兆副研究员与合肥微尺度物质科学国家研究中心耿志刚教授团队合作开展研究，提出了一种电解驱动苯乙烯富集溴元素策略，实现了海水中阻燃元素溴在超低浓度下的直接高效提取，并同步联产高附加值氧化苯乙烯，为海洋溴资源绿色开发提供了新的技术路线。相关成果以“Direct extraction of bromine from seawater through an electrolysis-driven styrene enrichment process”为题发表于《自然·通讯》期刊（Nature Communications 2026, 10.1038/s41467-026-75016-6）。
溴是阻燃剂、农药和医药等领域不可或缺的重要基础原料。随着其需求增长和供应受限，溴资源的高效开发受到广泛关注。目前，工业提溴主要依赖盐湖卤水和地下卤水等不可再生高浓度卤水资源，但其含溴量逐年递减。相比之下，海水蕴藏着地球约99%的天然溴资源，但其溴离子浓 度极低（约60 ppm），导致传统提溴工艺直接应用于海水时面临选择性低、提取效率低和能耗高等问题。因此，亟需发展适用于海水体系的高效提溴方法。针对上述难题，研究团队提出了一种电解协同苯乙烯富集策略（electrolysis-driven styrene enrichment，ESE）。该策略由溴离子电催化氧化、含溴中间体富集和溴离子释放三个连续步骤组成。具体而言，海水中的Br- 首先在阳极被氧化为Br2并进一步水解为HBrO。随后，将含HBrO的阳极液与疏水性苯乙烯混合，快速生成疏水性的溴醇中间体，经过静置分层后，上层为含溴醇产物的苯乙烯有机相，下层为溴含量显著降低的海水。过量的苯乙烯可继续循环使用，持续捕获新生成的HBrO，使海水中的Br- 不断转化为溴醇中间体并富集于苯乙烯有机相中。经过多次连续循环后，被富集的溴醇进一步与阴极产生的碱性电解液反应，在生成高附加值氧化苯乙烯的同时释放Br-，最终可进一步获得KBr产品，从而实现溴资源提取与化学品增值的协同过程。（图1）。
图1. 传统电化学提溴方法与本研究提出的ESE海水提溴策略对比示意图。
为实现高效溴离子电氧化，研究人员构筑了一系列负载于碳纳米管上的金属酞菁分子催化剂（MPc/CNT，M = Fe、Ni 或 Cu）。表征结果表明，金属酞菁分子成功锚定在碳纳米管表面，并保持了稳定的M–N4配位结构。其中，NiPc/CNT中Ni位点呈原子级分散，为高效溴氧化反应提供了结构基础。在KBr电解液中，NiPc/CNT展现出相较于其它金属酞菁分子催化剂更低的溴氧化过电位。同时，NiPc/CNT上溴析出法拉第效率最高可达97.8%，且在100~1000 mA cm-2的宽电流密度范围内始终保持95%以上的法拉第效率，展现出优异的催化活性和工业应用潜力。理论计算和原位拉曼光谱表明，溴氧化反应主要遵循Volmer–Heyrovsky机理。其中NiPc/CNT对溴中间体具有适中的吸附强度，能够有效平衡中间体生成与脱附过程，从而降低反应能垒并实现更高催化活性。研究团队进一步将 NiPc/CNT 催化剂与ESE体系结合，实现了真实黄海海水中超低浓度溴的直接提取。在含约58.6 ppm Br-的真实海水中，该体系的溴提取效率超过90%，并有效抑制了高浓度Cl-的竞争氧化。在膜电极反应器中连续运行72 h后，溴析出选择性始终保持在98%以上，验证了该体系良好的稳定性和实际应用潜力。此外，产物KBr与氧化苯乙烯均可通过简单分离手段得到产品，有效提升了该提溴工艺的整体经济价值（图2）。
图2. NiPc/CNT催化剂结合ESE策略实现海水中溴离子的高效提取。
胡源研究员、宋磊教授和胡伟兆副研究员为论文共同通讯作者，实验室博士生陈旖旎为论文的共同第一作者。该研究由得到国家自然科学基金区域创新发展联合基金、安徽省自然科学基金、中国科学技术大学中央高校基本科研业务费等项目的资助。
论文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-026-75016-6
