中國科學院大連化學物理研究所的室溫下電催化乙炔制乙烯研究獲進展

近日，中國科學院大連化學物理研究所的研究團隊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。相關研究成果發表于《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。該反應通常需要高溫高壓(200 ℃、500 kPa)下進行，能耗高且易導致乙炔過度加氫產生乙烷。此外，氫氣的消耗也增加了反應成本。因此，亟需開發一種更經濟、高效的低能耗乙炔加氫制乙烯方法。

該研究團隊提出一種室溫電催化乙炔加氫制乙烯法，相比于傳統的熱催化法，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合，提供了一種環境友好、廉價、高效的乙炔加氫制乙烯新路徑。

通過優化Cu微粒催化劑，暴露更多的活性面來促進乙炔相對于氫的競爭吸附，并利用氣體擴散層，促進氣/液/固三相界面的形成以及乙炔的傳質。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83.2%，且無過度加氫。原位光譜表征結合理論計算研究發現，Cu表面向吸附態乙炔分子的電子轉移促進了乙炔的優先吸附和加氫，從而抑制了析氫副反應。

該過程通過電子耦合質子轉移機制實現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。