中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的室溫下電催化乙炔制乙烯研究獲進(jìn)展

近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)提出在室溫下直接用水作氫源的高效電催化乙炔加氫制乙烯新路徑。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然·通訊》雜志。

乙烯的主要來源為高溫(800 ℃)石腦油裂解，而我國富煤少油，開發(fā)煤基乙炔為原料的高效加氫制乙烯過程具有重要意義。該反應(yīng)通常需要高溫高壓(200 ℃、500 kPa)下進(jìn)行，能耗高且易導(dǎo)致乙炔過度加氫產(chǎn)生乙烷。此外，氫氣的消耗也增加了反應(yīng)成本。因此，亟需開發(fā)一種更經(jīng)濟(jì)、高效的低能耗乙炔加氫制乙烯方法。

該研究團(tuán)隊(duì)提出一種室溫電催化乙炔加氫制乙烯法，相比于傳統(tǒng)的熱催化法，該方法在常溫常壓下直接利用水作為氫源，避免了氫氣的額外供給。與可再生能源的電能結(jié)合，提供了一種環(huán)境友好、廉價(jià)、高效的乙炔加氫制乙烯新路徑。

通過優(yōu)化Cu微粒催化劑，暴露更多的活性面來促進(jìn)乙炔相對于氫的競爭吸附，并利用氣體擴(kuò)散層，促進(jìn)氣/液/固三相界面的形成以及乙炔的傳質(zhì)。該過程在-0.6 V vs.RHE(可逆氫電極)和29 mA/cm2電流密度下，乙烯法拉第效率高達(dá)83.2%，且無過度加氫。原位光譜表征結(jié)合理論計(jì)算研究發(fā)現(xiàn)，Cu表面向吸附態(tài)乙炔分子的電子轉(zhuǎn)移促進(jìn)了乙炔的優(yōu)先吸附和加氫，從而抑制了析氫副反應(yīng)。

該過程通過電子耦合質(zhì)子轉(zhuǎn)移機(jī)制實(shí)現(xiàn)了高選擇性電催化乙炔加氫制乙烯過程，為溫和條件下的高效乙炔加氫制乙烯提供了新思路。