中国科学院理化技术研究所室温下乙炔还原制乙烯研究获进展

近日，中国科学院理化技术研究所与美国莱斯大学合作的研究团队在乙炔还原制乙烯研究中取得进展，提出一种基于气-固-液三相界面的新型室温电催化乙炔还原制乙烯反应策略，在室温下实现富乙烯气氛中低浓度乙炔的选择性还原，乙炔转化率达99.9%，乙烯选择性大于90%，成功将乙炔质量分数由5 000 μg/g降至1 μg/g以下。相关研究成果发表于《自然·催化》杂志。

工业乙烯原料来源于石脑油等碳氢化合物裂解，裂解产物含有质量分数0.5%～2.0%的乙炔杂质。乙炔杂质会导致乙烯聚合反应催化剂中毒，从而影响聚合产品质量。为降低乙炔杂质浓度，目前普遍采用的是热催化乙炔加氢技术。由于该技术需要温度高于100 ℃，且引入过量H2，一方面会导致乙烯过度加氢，另一方面增加后续气体分离操作。因此在更低温度下实现乙炔选择性催化转化，同时避免引入额外气体杂质面临挑战。

该研究团队采用三相电催化反应策略，通过层状双金属氢氧化物(LDH，又称水滑石)原位转变形成Cu/Cu2O界面结构纳米催化材料，以水取代H2为质子源，在室温下实现富乙烯气氛中低浓度乙炔的选择性还原(C2H2+H2O→C2H4+0.5O2)，成功将乙炔质量分数降至1 μg/g以下。该电催化乙炔还原反应体系的各项指标如乙炔转化率、乙烯选择性、氢气残留量、反应温度、比活性等均达到或超过热催化乙炔加氢技术的最优值。

与传统热催化技术相比，室温乙炔电催化还原策略将低浓度乙炔转换为乙烯，且所需电力成本低，在能量与原子经济性等方面具有优势，可应用于工业乙烯原料气提纯过程，有望取代现有热催化乙炔加氢技术。