Room-temperature electrochemical acetylene reduction to ethylene with high conversion and selectivity

乙炔 乙烯 催化作用 材料科学 电化学 选择性 无机化学 化学工程 化学 电极 有机化学 物理化学 工程类
作者
Run Shi,Zeping Wang,Yunxuan Zhao,Geoffrey I. N. Waterhouse,Zhenhua Li,Bikun Zhang,Zhimei Sun,Chuan Xia,Haotian Wang,Tierui Zhang
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:4 (7): 565-574 被引量:292
标识
DOI:10.1038/s41929-021-00640-y
摘要

The selective hydrogenation of acetylene to ethylene in ethylene-rich gas streams is an important process in the manufacture of polyethylene. Conventional thermal hydrogenation routes require temperatures above 100 °C and excess hydrogen to achieve a satisfactory C2H2 conversion efficiency. Here, we report a room-temperature electrochemical acetylene reduction system based on a layered double hydroxide (LDH)-derived copper catalyst that offers an ethylene Faradaic efficiency of up to ~80% and inhibits alkane and hydrogen formation. The system affords an acetylene conversion of over 99.9% at a flow rate of 50 ml min−1 in a simulated gas feed, yielding high-purity ethylene with an ethylene/acetylene volume ratio exceeding 105 and negligible residual hydrogen (0.08 vol.%). These acetylene conversion metrics are superior to most other state-of-the-art strategies. The findings therefore conclusively demonstrate an electrochemical strategy as a viable alternative to current technologies for acetylene-to-ethylene conversions with potential advantages in energy and atom economies. The selective semihydrogenation of acetylene in ethylene-rich gas streams is an important process in the manufacture of polyethylene, which is traditionally performed thermocatalytically. Now, a room-temperature electrochemical acetylene reduction system with excellent performance is presented.
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