孙立成院士团队今年发表两篇HMF-PDCA相关论文，展示了一条将电解水制氢与生物质氧化耦合的路线——阳极产FDCA、阴极产绿氢，用“双线”经济模型对传统化学氧化的“单线”模式提出挑战。

电解水制氢和生物基化学品，一直是两条平行线。一个产出绿氢，一个产出替代石油基的化学品，各有各的赛道、各有各的瓶颈。但如果它们能在同一个电解槽里交汇呢？

西湖大学孙立成院士团队今年连续发表了两篇论文：一篇是 ACS Energy Letters 上的 Perspective，系统梳理了电催化HMF氧化制FDCA耦合绿氢生产的研究现状与工业化路径；另一篇是 Nature Communications 上的实验研究，报道了百瓦级连续制备高纯度FDCA的工程化验证。

两篇论文指向同一条路线的核心逻辑——把电解水制氢阳极的析氧反应（OER）替换为HMF氧化反应（HMFOR），阳极产FDCA、阴极产绿氢，一个电解槽，两端都有产品。

要理解这个思路的价值，得先看FDCA在行业里的位置。FDCA（2,5-呋喃二甲酸）是合成PEF（聚呋喃二甲酸乙二醇酯）的关键单体，PEF在阻气性、热稳定性和机械强度上优于石油基PET，被业界视为PET的替代方案。全球PET年产能超1亿吨，FDCA作为替代品的市场空间不言而喻。

但FDCA的规模化生产一直卡在工艺路线上。目前主流的化学氧化法，需要在一定温度和压力下，使用化学氧化剂配合贵金属催化剂完成HMF到FDCA的转化。Avantium、利夫生物、中科国生、华呋新材等企业在这条路线上已有布局。据华呋新材在Bio-based 2026系列分享中公布的数据，FDCA成本有望从10万元/吨降至1.5万元/吨。

“单线作战”的困局

传统化学氧化路线有一个结构性问题：投入了原料、催化剂和能源，最后只产出FDCA一个产品来回收成本，经济模型是“单线”的。贵金属催化剂成本高，反应条件对设备要求也高，这些压力全压在FDCA一个产品身上。正因为传统路线是“单线”的，电催化路线“双线”的思路才有了冲击力。

一个电解槽，两端出产品

这个思路的价值，首先体现在经济模型上。传统电解水制氢，阳极发生析氧反应（OER），产出的氧气经济价值很低。把OER替换成HMF氧化反应后，阳极产出高附加值化学品FDCA，阴极照样产氢。孙立成在Bio-based2025的演讲PPT中给出了一个量化推算：每生产1吨绿氢，阳极可副产约26吨FDCA。据国家能源局《中国氢能发展报告（2025）》，2024年我国氢能全年生产消费规模超3650万吨，若仅1%通过这条耦合路线生产，阳极就能副产约936万吨FDCA——而全球PTA年消耗量超1.2亿吨，FDCA作为PTA的替代品，产能想象空间巨大。

从实验室到电堆：走多远了？

技术层面，论文重点梳理了非贵金属催化剂的进展。

传统电催化HMF氧化依赖贵金属（如Pt、Au），成本难以承受。孙立成团队开发的NiCu双金属催化剂，可在约10秒内完成合成，在碱性体系中实现1 A/cm²的电流密度，法拉第效率>95%——这意味着非贵金属催化剂已经跑到了工业级的电流密度区间，不再只是实验室里的“能跑”，而是“跑得够快”。

工程化方面，孙立成院士展示了一条从实验室到准工业级的路径：从25cm²电解池单程收率>95%，到200cm²电堆连续运行8小时产出553.3g FDCA、纯度>99.8%，再到1.1×0.6×0.8m的集成演示设备。此外，今年3月该团队在 Nature Communications 上发表了百瓦级连续制备FDCA的最新研究，在164.8W电堆中实现了高纯度FDCA的连续稳定制备，进一步验证了连续运行的可行性。

但论文也诚实地梳理了从实验室到工业化之间的三层挑战：

催化剂：贵金属太贵，非贵金属在强碱高电流密度下长期稳定性不够，OER竞争反应难以抑制。

反应器：从H型电解池到流动池再到工业级电堆，传质、热管理、膜稳定性都是瓶颈。

工艺：FDCA分离纯化、碱液回收、全生命周期评估（TEA+LCA）均缺乏系统性研究。

论文给出了工业级验证的量化基准线：HMF浓度>500mM、电流密度>300mA/cm²、法拉第效率>90%、稳定运行>500小时。

对于行业从业者而言，这条路线最大的启示在于：绿氢和生物基材料不是两条独立的线，它们可以在同一个电解槽里交汇。至于交汇之后能走多远，取决于催化剂、反应器和工艺三个层面能否同步突破。

论文信息

论文一：“Electrocatalytic 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) Oxidation to 2,5-Furandicarboxylic Acid (FDCA) Coupled with Green Hydrogen Production”. ACS Energy Letters, 2025. 

第一作者：Dexin Chen；通讯作者：Licheng Sun.

论文二：“Green chemical process for continuous production of high-purity 2,5-furandicarboxylic acid in anion exchange membrane flow electrolyzer”. Nature Communications, 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-68894-3. 

第一作者：Junbo Liu；通讯作者：Licheng Sun.

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