Традиционные и новые методы получения этилена
Этилен традиционно получают путём парового крекинга углеводородов, полученных из нефти. Недавно в качестве альтернативы производству этилена стало использоваться полугидрирование ацетилена, полученного из угля. В частности, электрокаталитическое полугидрирование ацетилена (EASH) выгодно, поскольку оно основано на возобновляемых источниках энергии и имеет низкие выбросы углекислого газа.
Препятствия для практического применения
Однако практическое применение электросинтеза этилена с помощью EASH затруднено из-за низкой скорости реакции, ограниченной селективности по этилену и низкой энергоэффективности. Кроме того, исследования в основном были сосредоточены на настройке каталитически активных центров на наноуровне и атомном уровне, а критическая роль мезоскопического массопереноса внутри электродов часто упускалась из виду.
Прорыв в электросинтезе этилена
В исследовании, опубликованном в Angewandte Chemie International Edition, группа учёных под руководством профессоров Бао Синьхэ и Гао Дуньфэна из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук достигла электросинтеза этилена из ацетилена при плотности тока на уровне ампер, стимулируя межчастичный массоперенос.
Исследователи количественно показали решающую роль межчастичного массопереноса внутри слоя катализатора газодиффузионного электрода. Увеличив среднее расстояние между частицами кубиков Cu, они улучшили адсорбцию ацетилена и десорбцию этилена, что привело к повышению производительности EASH.
Электрод с кубиками Cu со средним расстоянием между частицами 265 нм показал эффективность по Фарадею для этилена 97,4% при плотности тока 1,0 А см⁻² и максимальной частичной плотности тока этилена 1,5 А см⁻² в щелочном мембранно-электродном блоке электролизера.
Более того, исследователи выяснили, что увеличение межчастичного расстояния кубиков Cu эффективно способствует массопереносу, обеспечивая эффективный электросинтез этилена в промышленных условиях.
«Наше исследование демонстрирует ключевую роль мезоскопического массопереноса в электрокатализе. Этот фактор следует учитывать при проектировании высокопроизводительных электрокаталитических систем», — сказал профессор Гао.
Предоставлено Китайской академией наук.