研究人员报告称，一种新方法可大幅提升尼龙前体的生产环保性。
化工及相关行业面临诸多挑战，包括可靠能源供应、减少废弃物、节约用水和提高能效。有机电合成是一种由电力驱动、高能效的工艺，且能轻松与可再生能源结合，或有助于应对这些挑战。
在开发一种创新、环保的己二腈（ADN）生产工艺（己二腈是尼龙66的主要前体）的过程中，研究人员找到了一种大幅提高有机电合成效率的方法。
研究人员认为，其成功部分归功于首次将人工智能用于优化电化学过程。
米格尔·莫迪斯蒂诺（Miguel Modestino）是纽约大学化学与生物分子工程教授，博士生丹妮拉·布兰科（Daniela Blanco）与其共同调整了向催化电极输送电流的方式，随后应用人工智能（AI）进一步优化反应。通过这一方法，他们将ADN产量提高了30%。
相关研究成果发表于《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences），意义重大，因为该团队所针对的是化学工业中最大的有机电合成工艺之一：丙烯腈（AN）电加氢二聚生成ADN。
“ADN的电合成是一种绿色、高效的化学工艺，使用水基电解质”
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ADN需求旺盛且持续增长：预计到2023年，尼龙市场将以每年4%的速度增长。目前只有一家公司使用孟山都公司发明的电化学工艺生产ADN；尼龙前体的绝大部分则通过有毒、高能耗的丁二烯热氢氰化工艺生产。
相比之下，ADN的电合成是一种绿色、高效的化学工艺，使用水基电解质，并可直接与风能或太阳能等可再生电力来源相结合。
ADN的标准电合成工艺采用“持续开启”的直流电，输送至电催化位点。但研究人员发现，直流电并未使ADN产量最大化，且产生了大量不需要的副产物丙腈（PN）。因此，他们决定设计一种系统，以间歇性电流输送方式，持续补充电催化位点的反应物浓度（这一现象称为传质），从而提高ADN产量。
该研究团队向一个人工神经网络输入了来自16组不同脉冲时间实验案例的数据。
“通过利用人工智能分析电化学脉冲技术，我们能够在无需进行过多物理实验的情况下，直观呈现不同脉冲时间下的ADN转化效率，”莫迪斯蒂诺表示。“这一创新的综合方法使ADN产量实现了前所未有的30%提升，ADN与PN的比率提高了325%，这主要归因于后者产量的大幅下降。”
“据我们所知，这是首次利用人工智能优化电化学过程。”
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布兰科解释称，该技术可推动行业采用更可持续的工艺。正是基于这一设想，她与莫迪斯蒂诺实验室的一名前学生创办了绿色化学初创公司Sunthetics，以将其研究成果转化为可持续的尼龙生产工艺并实现商业化。
“通过这项新研究，我们希望证明可以提升ADN电化学工艺的竞争力，”她表示。“目前全球ADN产量中只有30%采用电合成；其余产量则依赖能耗高、需消耗大量石油的催化反应器进行加工，”她说。
该团队的下一步是运用这一人工智能方法加速其研究工作。“与依赖漫长实验周期的传统研究模式不同，人工智能工具可以帮助我们预测实验结果。据我们所知，这是首次利用人工智能优化电化学过程，”莫迪斯蒂诺表示。
本研究部分由H&M基金会资助。
