中国科学院大连化学物理研究所的室温下电催化乙炔制乙烯研究获进展

近日，中国科学院大连化学物理研究所的研究团队提出在室温下直接用水作氢源的高效电催化乙炔加氢制乙烯新路径。相关研究成果发表于《自然·通讯》杂志。

乙烯的主要来源为高温(800 ℃)石脑油裂解，而我国富煤少油，开发煤基乙炔为原料的高效加氢制乙烯过程具有重要意义。该反应通常需要高温高压(200 ℃、500 kPa)下进行，能耗高且易导致乙炔过度加氢产生乙烷。此外，氢气的消耗也增加了反应成本。因此，亟需开发一种更经济、高效的低能耗乙炔加氢制乙烯方法。

该研究团队提出一种室温电催化乙炔加氢制乙烯法，相比于传统的热催化法，该方法在常温常压下直接利用水作为氢源，避免了氢气的额外供给。与可再生能源的电能结合，提供了一种环境友好、廉价、高效的乙炔加氢制乙烯新路径。

通过优化Cu微粒催化剂，暴露更多的活性面来促进乙炔相对于氢的竞争吸附，并利用气体扩散层，促进气/液/固三相界面的形成以及乙炔的传质。该过程在-0.6 V vs.RHE(可逆氢电极)和29 mA/cm2电流密度下，乙烯法拉第效率高达83.2%，且无过度加氢。原位光谱表征结合理论计算研究发现，Cu表面向吸附态乙炔分子的电子转移促进了乙炔的优先吸附和加氢，从而抑制了析氢副反应。

该过程通过电子耦合质子转移机制实现了高选择性电催化乙炔加氢制乙烯过程，为温和条件下的高效乙炔加氢制乙烯提供了新思路。