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實現(xiàn)電還原一氧化碳直接制乙烯

作者:宋檢 時間:2022-12-13 來源:互聯(lián)網(wǎng)

電還原一氧化碳直接制乙烯

近日,中科院大連化學物理研究所研究員鄧德會團隊成功實現(xiàn)電催化一氧化碳高選擇性直接制備乙烯,為高選擇性、低能耗地通過一氧化碳制備乙烯提供了新思路。研究成果發(fā)表于《德國應用化學》。

乙烯是重要的基本有機化工原料,在合成乙醇、乙醛、乙苯以及制造塑料、合成橡膠和合成纖維等領域應用廣泛。目前,石腦油催化裂解是工業(yè)上制備乙烯的主要方法之一。該方法通常需要800攝氏度以上的高溫,還會產(chǎn)生氮氧化物和二氧化碳等廢氣,帶來環(huán)境污染的問題。

近年來,研究人員發(fā)展了非石油路徑。通過費托合成反應將一氧化碳轉化生成高附加值制的C2-C4烯烴,但是該過程除了需要200~450攝氏度的高溫和5~50帕的高壓等苛刻條件之外,根據(jù)費托合成的產(chǎn)物分布規(guī)律,C2產(chǎn)物的選擇性往往低于30%,并且產(chǎn)生大量的二氧化碳,造成碳資源的嚴重浪費。

研究人員在優(yōu)化銅基催化劑的基礎上,通過調(diào)節(jié)電*的疏水性來增加一氧化碳的擴散速率,有效促進了一氧化碳分子在銅基催化劑表面的碳碳偶聯(lián)過程。通過利用水作還原劑,在常溫常壓的溫和條件下實現(xiàn)了一氧化碳高選擇性地電催化生成乙烯。一氧化碳電催化還原到乙烯的法拉第效率高達52.7%。相比于傳統(tǒng)費托合成,該過程完全沒有二氧化碳的生成。基于一氧化碳轉化計算,生成乙烯的選擇性在70%左右,打破了費托合成中C2產(chǎn)物30%的選擇性限制。

研究團隊與大連化物所研究員蘇海燕、中科院院士張東輝等合作,結合密度泛函理論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(fā)現(xiàn)Cu(100)晶面是*有利于一氧化碳電轉化生成乙烯的活性位,這為后續(xù)催化劑的設計指明了方向。

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