近日，華東理工大學(xué)化工學(xué)院教授李春忠和多倫多大學(xué)教授Edward Sargent在環(huán)氧乙烷高效制備領(lǐng)域取得新突破，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然—催化》。

我國(guó)作為世界最大的聚酯生產(chǎn)國(guó)，對(duì)環(huán)氧乙烷這一重要石油化工基礎(chǔ)有機(jī)原料的年需求量超千萬噸。目前，國(guó)際和國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)裝置都采用乙烯直接氧化路線生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，但由于該路線的乙烯完全氧化問題，使其產(chǎn)生大量碳排放。

利用電催化技術(shù)在“無碳排放”及“碳減排”條件下高效制備環(huán)氧乙烷，將為傳統(tǒng)化工行業(yè)帶來環(huán)保技術(shù)升級(jí)契機(jī)。但目前電催化二氧化碳(CO2)制環(huán)氧乙烷的效率較低，整體電解池能量效率低于15%，且能耗是當(dāng)前工業(yè)路線能耗的5倍。

研究人員通過在工業(yè)催化劑氧化銥(IrO2)上負(fù)載第六周期金屬氧化物來制備高效催化劑。其中，在鋇、鑭、鈰和鉍氧化物中，發(fā)現(xiàn)負(fù)載鋇氧化物的催化劑高效抑制關(guān)鍵中間體的降解過程，實(shí)現(xiàn)了陽極乙烯制環(huán)氧乙烷法拉第效率達(dá)到90%。該過程環(huán)氧乙烷產(chǎn)物選擇性超過98%，且不存在乙烯完全氧化產(chǎn)生的碳排放問題。當(dāng)將其與陰極氧還原反應(yīng)配對(duì)時(shí)，每生產(chǎn)1千克環(huán)氧乙烷所需能耗僅需5.3MJ(兆焦)，這與現(xiàn)有高碳排放的工業(yè)制環(huán)氧乙烷過程的能耗相當(dāng)。

研究表明，進(jìn)一步利用水氧化和氧還原這一氧化還原介導(dǎo)，創(chuàng)新構(gòu)建了新型氧化還原介導(dǎo)電催化系統(tǒng)，通過高效耦合CO2制乙烯與乙烯制環(huán)氧乙烷的過程，實(shí)現(xiàn)低能量輸入的環(huán)氧乙烷電催化制備。

“該工作實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)化率的環(huán)氧乙烷電催化制備，在工業(yè)級(jí)電流密度下,CO2制環(huán)氧乙烷的法拉第效率超過35%，比文獻(xiàn)報(bào)道最高值提升1.4倍，并降低了電解工作電壓。”李春忠說。(作者：張雙虎 黃辛)

關(guān)鍵詞： 環(huán)氧乙烷高效制備領(lǐng)域 環(huán)氧乙烷 無碳排放 電催化技術(shù)