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室温乙炔还原制乙烯取得重要突破

工业乙烯原料含有0.5-2.0%的乙炔杂质,需在聚合之前将乙炔杂质的浓度降低至百万分之一级别,目前普遍采用的是热催化乙炔加氢技术。然而,热催化加氢技术通常需要在100摄氏度以上的温度进行,且需要引入过量氢气,不仅易造成乙烯过度加氢,后续还需要额外的气体分离操作。在更低温度下实现乙炔的选择性催化转化,同时避免引入额外气体杂质,面临巨大挑战。

近期,科技部高技术研究发展中心受托管理的国家重点研发计划“纳米科技”重点专项“仿生纳米结构能量转换材料及器件”项目取得重要研究进展。中科院理化技术研究所的项目研发团队经过协同攻关,研究提出了一种基于气-固-液三相界面的新型电催化乙炔还原反应策略。研究人员采用层状双金属氢氧化物原位转变形成的Cu/Cu2O界面结构纳米催化材料,以水取代氢气为质子源,在室温下实现了富乙烯气体中低浓度乙炔的选择性还原,乙炔转化率达99.9%,乙烯选择性大于90%,成功将乙炔浓度由5000 ppm降至1 ppm以下。该电催化乙炔还原反应体系的各项指标(乙炔转化率、乙烯选择性、氢气残留量、反应温度、比活性)均达到或超过了热催化乙炔加氢报道的最优值。

该研究成果有望取代现有热催化乙炔加氢技术,应用于工业乙烯原料气的提纯过程,为实现乙烯工业的碳中和目标指出了新的研究发展方向。相关研究成果于2021年7月发表在Nature Catalysis上。


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