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?鄧德會/于良Nature Catalysis:H2O作氫源,實現(xiàn)低溫下Au/α-MoC催化乙炔加氫制乙烯

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目前,乙烯主要通過石腦油蒸汽裂解生產(chǎn)。由于石油資源的不可再生,煤經(jīng)CaC2水解或電弧裂解后的乙炔加氫制乙烯(AHE)被認為是傳統(tǒng)石油基乙烯生產(chǎn)路線的有前景的替代途徑。通常,AHE是通過基于H2的氣相熱催化路線(T-AHE)或基于H2O的液相電催化路線進行。
但是T-AHE涉及首先通過蒸汽甲烷重整(SMR)或水煤氣變換反應(WGS)反應形成H2,然后將H2活化和解離為表面氫物種用于乙炔氫化,從而需要冗余的能源消耗;電催化AHE過程可以直接利用從水中產(chǎn)生的活性氫物種用于乙炔氫化,而不涉及不必要的H2的形成。
因此,將電催化AHE引入T-AHE過程有助于降低反應能耗和提高反應效率,但迄今為止沒有尚未有相關(guān)的文獻報道。
?鄧德會/于良Nature Catalysis:H2O作氫源,實現(xiàn)低溫下Au/α-MoC催化乙炔加氫制乙烯
?鄧德會/于良Nature Catalysis:H2O作氫源,實現(xiàn)低溫下Au/α-MoC催化乙炔加氫制乙烯
近日,中國科學院大連化物所鄧德會于良等在Au/α-MoC催化劑上直接以水為氫源,低成本的CO為氧受體,實現(xiàn)了無氫條件下的乙炔加氫反應(CO-H2O-AHE)。
具體而言,研究人員以Au、Pt、Pd、Ir、Rh和Ru等金屬為原料,以α-MoC、CeO2和Al2O3為載體,篩選出Au/α-MoC催化劑為最佳CO-H2O-AHE催化劑。實驗結(jié)果表明,最優(yōu)的Au/α-MoC在80 °C下的乙炔轉(zhuǎn)化率達99%以上,乙烯選擇性達83%,優(yōu)于以氫氣為氫源的乙炔加氫工藝。
?鄧德會/于良Nature Catalysis:H2O作氫源,實現(xiàn)低溫下Au/α-MoC催化乙炔加氫制乙烯
?鄧德會/于良Nature Catalysis:H2O作氫源,實現(xiàn)低溫下Au/α-MoC催化乙炔加氫制乙烯
理論計算表明,Au/α-MoC界面是CO-H2O-AHE催化循環(huán)的關(guān)鍵,其能夠有效降低AHE和CO*與O*的反應的能壘;并且水在Au/α-MoC界面上解離生成的羥基物種作為溫和的還原劑,使得乙炔的選擇性半加氫,殘余的O2能夠通過CO去除。同時,界面結(jié)構(gòu)的形成依賴于金屬與α-MoC載體之間的界面相互作用的強度:由于Au與α-MoC表面之間具有更強的相互作用,導致Au/α-MoC的邊界結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定,因此Au/α-MoC表現(xiàn)出顯著增強的催化性能。
綜上,該項工作所提出的CO-H2O-AHE工藝避免了傳統(tǒng)AHE路線中對H2的需求,并為低溫下利用水進行乙炔加氫開辟了新途徑。
Acetylene Hydrogenation to Ethylene by Water at Low Temperature on a Au/α-MoC Catalyst. Nature Catalysis, 2023. DOI: 10.1038/s41929-023-01026-y

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