高選擇性電還原一氧化碳直接制乙烯取得進展

发布日期:2019-12-02     浏览次数:次   

近日,iChEM研究人員、現在我院工作的鄧德會研究員帶領的研究團隊成功實現一氧化碳電催化高選擇性直接制備乙烯,相關結果“Highly Selective Production of Ethylene by Electroreduction of Carbon Monoxide”發表于《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed., DOI:10.1002/anie.201910662),並被該期刊選爲熱點文章“Hot Paper”。

乙烯是十分重要的工業原料,工業上主要采用石腦油高溫裂解(800-900 oC)來制備。從有效利用化石資源的角度,通過費托合成反應(CO+H2)將一氧化碳轉化生成高附加值的C2-C4烯烴一直受到廣泛關注。然而,該過程除了需要高溫(200-450 oC)、高壓(5-50 bar)等苛刻條件之外,還由于其産物受Anderson-Schulz-Flory分布的限制,C2産物的選擇性往往低于30%,並且不可避免地産生大量的CO2,造成碳資源的嚴重浪費。因此,發展高選擇性、環境友好、條件溫和的乙烯制備方法非常迫切卻極具挑戰。

該團隊在優化銅基催化劑的基礎上,通過調節電極的疏水性來增加CO的擴散速率,有效促進了CO分子在銅基催化劑表面的C-C偶聯過程。通過利用H2O作還原劑,在常溫常壓的溫和條件下實現了CO高選擇性地電催化生成乙烯,其法拉第效率高達52.7%。相比于傳統費托合成,該過程完全沒有CO2生成,生成乙烯的選擇性在70%左右,打破了費托合成中C2産物30%的選擇性限制。該團隊與蘇海燕研究員、張東輝院士等合作,結合DFT計算研究了反應活性位和反應過程,對比生成乙烯和乙醇的反應中間體和路徑,發現Cu(100)晶面是最有利于CO電轉化生成乙烯的活性位,這爲後續催化劑的設計指明了方向。該工作同時爲高選擇性、低能耗地通過一氧化碳制備乙烯提供了新思路。

我院2015級博士生陳瑞雪和中科院大連化物所蘇海燕研究員爲論文的共同第一作者。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院前沿科學重點研究項目、中科院潔淨能源創新研究院合作基金、教育部能源材料化學協同創新中心(2011-iChEM)的資助。

論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201910662

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