成果速递 | 西北大学先进材料与新能源课题组在电催化乙炔半加氢方面取得新进展

近日，我校屈云腾教授、冷坤岳老师研究团队及其合作者在工业尺度电流密度电催化乙炔制乙烯方面取得新进展。该成果以"Efficient industrial-current-density acetylene to polymer-grade ethylene via hydrogen-localization transfer over fluorine-modified copper"为题发表在国际高水平期刊Nature Communications 上。论文第一作者为光子学与光子技术研究所白雷博士，通讯作者为光子学与光子技术研究所屈云腾教授、冷坤岳老师和中科院高能物理所郑黎荣研究员。

论文地址：

https://doi.org/10.1038/s41467-023-44171-5

乙烯是合成聚乙烯的重要基础化学品，主要由石油工业获得。近年来，煤基乙炔半加氢为乙烯生产提供了一条非石油的新路线，但是该过程具有高氢耗和高能耗等问题。电化学乙炔半加氢（ESAE）可在常温常压下进行，以水为氢源，是更低碳环保的生产过程。若使ESAE具有经济性，该过程的法拉第效率要达到85%，且电流密度至少为0.2 A cm-2。铜基催化剂是ESAE过程中常见且高效的催化剂，但在较大电流下（大于0.1 A cm-2）会有严重的析氢反应，影响乙烯的法拉第效率。因此，在抑制析氢的同时保证催化剂具有高活性，成为材料设计的难点。

西北大学先进材料与新能源课题组近期研究发现，铜基催化剂可以有效催化乙炔电还原合成乙烯。在此基础上，通过Cu(111)晶面上的Cu-F化学改性，诱导活性氢的定位转移，抑制了析氢反应。从而使反应的乙烯分电流达到0.76 A cm-2，乙烯法拉第效率超过90%，乙烯单程生成速率接近1000 mmol h-1 cm-2。理论研究表明，F原子有效调节了Cu位点在反应中的作用，水分子在近氟端的Cu上发生分解，产出的活性H定位转移至远氟端的铜，并与吸附的乙炔分子发生反应。

根据催化剂的特性，团队设计了串联的flow-cell反应装置，实现了70%乙炔气直接合成聚酯级乙烯。经催化，反应装置出口乙烯产品气中几乎检测不出乙炔残留，且催化剂可稳定工作至少3小时。

来源 /西北大学先进材料与新能源课题组

转自：“西大科研”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！