中国科学院大连化学物理研究所的水直接加氢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与大连理工大学的研究团队利用碳化钼负载金(Au/α-MoC)催化剂实现直接用水作为氢源的乙炔加氢制乙烯反应,在反应温度80 ℃下,催化剂稳定性高,乙炔转化率大于99%,乙烯选择性大于83%。相关研究成果发表于《自然·通讯》杂志。

通过煤制乙炔,再经乙炔加氢制乙烯,是替代传统石油基乙烯生产路线的一种具有前景的途径。然而,目前乙炔加氢工艺通常需要100～300 ℃的高温,能耗高。此外,传统加氢过程消耗的H2也需要水煤气变换(WGS)等高能耗制备过程,产生的H2还需要后续分离和提纯等复杂工艺。因此,开发一种更经济、高效的低能耗乙炔加氢制乙烯途径具有重要意义。

研究团队规避传统加氢路线中的先造H2、提纯和再解离H2来加氢的高能耗复杂步骤,利用Au/α-MoC催化剂表面原位生成的活性氢物种,将水与WGS原料CO直接用于乙炔加氢制乙烯反应。与传统H2加氢途径相比,该反应实现直接利用廉价的H2O在更低的反应温度(80 ℃)下进行加氢反应,更经济且能耗低。

原位谱学、动力学模拟和理论计算研究结果表明,Au团簇与α-MoC界面是该反应的活性位点,H2O分子首先在界面Mo位点上解离生成羟基,羟基上的活泼氢可将乙炔高选择性加氢生成乙烯,而残留的氧被界面处Au上吸附的CO还原移除,完成催化循环。

该研究可为开发非H2、低温、高效加氢反应提供新思路。