背景介紹

與天然氣或煤制乙炔技術相結合，乙炔選擇性加氫制乙烯（HAE）已成為一種很有前途的非油制乙烯路線，是化學合成中最重要的組成部分之一。然而，熱催化HAE通常需要200 ℃以上的高溫和5 bar左右的高壓，因此對能量要求很高。此外，大量的氫氣（H₂）消耗使得該工藝成本更高。此外，乙烯的選擇性也很難控制，因為在苛刻的反應條件下，進行熱催化反應時乙炔過度加氫生成乙烷，并且很容易發生。因此，開發一種更經濟、節能、高選擇性的HAE工藝路線具有重要意義。

在2021年12月6日，廈門大學&中科院大連化學物理研究所鄧德會研究員、中科院大連化學物理研究所于良博士（共同通訊作者）等人報道了一種利用碳負載銅（Cu）微粒（MPs）在常溫和環境壓力下實現高效、選擇性地電催化HAE（E-HAE）的工藝。與熱催化路徑相比，該工藝有利于在溫和條件下進行，并且與基于可再生電力的電還原水相結合，具有環境友好性，其中原位生成氫氣（H₂）進行還原反應，從而避免額外的H₂供應，這是一條很有吸引力的炔烴半加氫路線。

通過優化銅催化劑以暴露更多的活性面，有利于乙炔的優先吸附和加氫，從而抑制了氫氣的吸附和析出。結合調整電極電位以調節還原產物的選擇性，在陰極電位高于-0.6 V vs. RHE時，可以完全避免乙炔過度加氫為乙烷。

綜上所述，作者報道了一種在室溫和常壓下使用銅（Cu）催化劑的乙炔加氫高效電催化過程。通過調整電極電位以及使用GDL促進傳質，在-0.6 V vs. RHE下達到了最高FE_C2H4為83.2%，并且在-0.7 V vs. RHE下達到了最高幾何電流密度（j_C2H4）為26.7 mA cm^-2，這優于其他測試和已報道的其它催化劑。此外，在100 h穩定性試驗中，Cu催化劑表現出良好的性能。

通過原位表征和DFT計算證實，從Cu表面到乙炔的電子轉移增強了乙炔對氫的吸附，從而抑制析氫反應（HER），同時通過電子耦合質子轉移機制促進E-HAE。本文報道的E-HAE工藝為開發節能環保的乙烯生產方法提供了新的前景。

Highly efficient ethylene production via electrocatalytic hydrogenation of acetylene under mild conditions.Nature Communications, 2021, DOI: 10.1038/s41467-021-27372-8.