Hybrid Active Sites in Coordination Polymers Enable Ampere‐level Acetylene Semihydrogenation in Membrane Electrode Assembly Systems

乙炔 材料科学 催化作用 乙烯 化学工程 电极 聚合物 膜电极组件 纳米技术 化学 有机化学 复合材料 物理化学 生物化学 工程类 电解质
作者
Lei Zhang,Kun Ni,Pengfei Gao,Lingfeng Tang,Ran Du,Qian Ren,Qikui Fan,Chunlin Chen,Kun Ma,Sifei Zhuo,Baoliang Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202509501
摘要

Electrocatalytic acetylene semihydrogenation in membrane electrode assembly systems promises a sustainable pathway for ethylene production, yet faces challenges in catalyst performance and durability. Herein, we developed a Cu coordination polymer with hybrid sites that synergistically integrate open Cu sites and N‐heterocyclic carbenes. These hybrid sites bestow the coordination polymer with acetylene gasophilicity, hydrophobicity toward water, and readily accessible active Cu sites, which energetically facilitate acetylene absorption and vinyl intermediate formation, thereby enabling efficient ethylene production at ampere‐level current densities. In a membrane electrode assembly electrolyzer with pure acetylene, this polymeric catalyst achieved high ethylene Faradaic efficiency of 93.1% at ‐0.5 A/cm2 and 83.3% at ‐1.0 A/cm2, with stable operation for 100 h at ‐0.5 A/cm2. Notably, even with a 15% coal‐derived acetylene at a flow rate of 60 standard cubic centimetres per minute, this catalyst system demonstrated 64.4% ethylene energy efficiency and durable performance over 200 h at ‐0.5 A. This work advances the design of highly stable and active polymeric catalysts for electrocatalytic acetylene semihydrogenation.
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