Economically viable electrocatalytic ethylene production with high yield and selectivity

催化作用 电催化剂 材料科学 石油化工 产量(工程) 纳米材料基催化剂 乙烯 化学工程 原材料 乙炔 制氢 纳米技术 电化学 化学 纳米颗粒 电极 有机化学 冶金 物理化学 工程类
作者
Bo‐Hang Zhao,Fanpeng Chen,Mengke Wang,Chuanqi Cheng,Yongmeng Wu,Cuibo Liu,Yifu Yu,Bin Zhang
出处
期刊:Nature sustainability [Nature Portfolio]
卷期号:6 (7): 827-837 被引量:186
标识
DOI:10.1038/s41893-023-01084-x
摘要

Electrocatalytic semihydrogenation of acetylene provides a clean pathway to the production of ethylene (C2H4), one of the most widely used petrochemical feedstocks. However, its performance is still well below that of the thermocatalytic route, leaving the practical feasibility of this electrochemical process questionable. Here our techno-economic analysis shows that this process becomes profitable if the Faraday efficiency exceeds 85% at a current density of 0.2 A cm−2. As a result, we design a Cu nanoparticle catalyst with coordinatively unsaturated sites to steer the reaction towards these targets. Our electrocatalyst synthesized on gas diffusion layer coated carbon paper enables a high C2H4 yield rate of 70.15 mmol mg−1 h−1 and a Faraday efficiency of 97.7% at an industrially relevant current density of 0.5 A cm−2. Combined characterizations and calculations reveal that this performance can be attributed to the favourable combination of a higher energy barrier for the coupling of active hydrogen atoms (H*) and weak absorption of *C2H4. The former suppresses the competitive hydrogen evolution reaction, whereas the latter avoids overhydrogenation and C–C coupling. Further life cycle assessment evidences the economic feasibility and sustainability of the process. Our work suggests a way towards rational design and manipulation of nanocatalysts that could find wider and greener catalytic applications. Ethylene is a widely used petrochemical feedstock for the manufacture of various critical chemicals. Here the authors show a rationally designed Cu catalyst that enables electrocatalytic production with high performance and economic feasibility as well as sustainability.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Owen应助Diko采纳,获得10
刚刚
小哇完成签到,获得积分10
刚刚
斯文凤妖发布了新的文献求助10
刚刚
无限的绮琴完成签到,获得积分20
刚刚
1秒前
2秒前
夜包子123发布了新的文献求助10
2秒前
Lothar发布了新的文献求助30
2秒前
脑洞疼应助MO采纳,获得10
2秒前
3秒前
现代梦琪发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
3秒前
3秒前
lmr12345678发布了新的文献求助10
4秒前
XM完成签到 ,获得积分10
5秒前
小马过河bjfu完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
8秒前
萌新完成签到,获得积分10
8秒前
Lothar完成签到,获得积分10
8秒前
Ruiiiiii发布了新的文献求助10
8秒前
十一发布了新的文献求助10
9秒前
默默依珊发布了新的文献求助10
9秒前
hy发布了新的文献求助10
9秒前
Baonanza完成签到,获得积分10
10秒前
xixi完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
10秒前
10秒前
10秒前
纯真的醉柳完成签到,获得积分10
11秒前
xjcy应助hoax采纳,获得10
11秒前
桐桐应助小毛竹采纳,获得10
11秒前
黄少阳完成签到,获得积分10
11秒前
12秒前
13秒前
wukai完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
希望天下0贩的0应助qianqina采纳,获得10
14秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
Prescott's Microbiology: 2026 Release ISE 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Environmental Leverage in Times of Climate Crisis: Product Standards, Carbon Border Measures and Preferential Trade Agreements 1000
Interactions of Vowel Quality and Prosody in East Slavic 1000
Erwählung und Berufung bei Paulus: Bedeutung, Entwicklung und Funktion einer Vorstellung in ihrem frühjüdischen und griechisch-römischen Kontext 850
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7192413
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8828915
关于积分的说明 18640309
捐赠科研通 6827824
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3175734
关于科研通互助平台的介绍 2327617
邀请新用户注册赠送积分活动 2150168