近日，中國科學院理化技術研究所與美國萊斯大學合作的研究團隊在乙炔還原制乙烯研究中取得進展，提出一種基于氣-固-液三相界面的新型室溫電催化乙炔還原制乙烯反應策略，在室溫下實現(xiàn)富乙烯氣氛中低濃度乙炔的選擇性還原，乙炔轉(zhuǎn)化率達99.9%，乙烯選擇性大于90%，成功將乙炔質(zhì)量分數(shù)由5 000 μg/g降至1 μg/g以下。相關研究成果發(fā)表于《自然·催化》雜志。

工業(yè)乙烯原料來源于石腦油等碳氫化合物裂解，裂解產(chǎn)物含有質(zhì)量分數(shù)0.5%～2.0%的乙炔雜質(zhì)。乙炔雜質(zhì)會導致乙烯聚合反應催化劑中毒，從而影響聚合產(chǎn)品質(zhì)量。為降低乙炔雜質(zhì)濃度，目前普遍采用的是熱催化乙炔加氫技術。由于該技術需要溫度高于100 ℃，且引入過量H2，一方面會導致乙烯過度加氫，另一方面增加后續(xù)氣體分離操作。因此在更低溫度下實現(xiàn)乙炔選擇性催化轉(zhuǎn)化，同時避免引入額外氣體雜質(zhì)面臨挑戰(zhàn)。

該研究團隊采用三相電催化反應策略，通過層狀雙金屬氫氧化物(LDH，又稱水滑石)原位轉(zhuǎn)變形成Cu/Cu2O界面結構納米催化材料，以水取代H2為質(zhì)子源，在室溫下實現(xiàn)富乙烯氣氛中低濃度乙炔的選擇性還原(C2H2+H2O→C2H4+0.5O2)，成功將乙炔質(zhì)量分數(shù)降至1 μg/g以下。該電催化乙炔還原反應體系的各項指標如乙炔轉(zhuǎn)化率、乙烯選擇性、氫氣殘留量、反應溫度、比活性等均達到或超過熱催化乙炔加氫技術的最優(yōu)值。

與傳統(tǒng)熱催化技術相比，室溫乙炔電催化還原策略將低濃度乙炔轉(zhuǎn)換為乙烯，且所需電力成本低，在能量與原子經(jīng)濟性等方面具有優(yōu)勢，可應用于工業(yè)乙烯原料氣提純過程，有望取代現(xiàn)有熱催化乙炔加氫技術。