乙烯工業(yè)的發(fā)展水平是衡量一個(gè)國(guó)家石油化學(xué)工業(yè)水平的重要標(biāo)志。工業(yè)乙烯原料來(lái)源于石腦油等碳?xì)浠衔锏牧呀?，裂解產(chǎn)物中不可避免地含有0.5-2.0%的乙炔雜質(zhì)。乙炔雜質(zhì)會(huì)毒化后續(xù)用于乙烯聚合反應(yīng)的齊格勒-納塔催化劑，影響聚合物產(chǎn)品質(zhì)量。因此，需要在聚合之前將乙炔雜質(zhì)的濃度降低至ppm（百萬(wàn)分之一）級(jí)別，目前普遍采用的是熱催化乙炔加氫技術(shù)（圖1-路線1）。然而，熱催化加氫技術(shù)通常需要在100攝氏度以上的溫度進(jìn)行，且需要引入過(guò)量氫氣，不僅易引發(fā)乙烯過(guò)度加氫，還會(huì)導(dǎo)致后續(xù)額外的氣體分離操作。在更低溫度下實(shí)現(xiàn)乙炔的選擇性催化轉(zhuǎn)化，同時(shí)避免引入額外氣體雜質(zhì)，仍面臨挑戰(zhàn)。 

　　富乙烯氣氛中低濃度乙炔的室溫選擇性轉(zhuǎn)換，有賴于催化材料及催化體系的重新設(shè)計(jì)。鑒于此，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員張鐵銳與萊斯大學(xué)教授汪淏田合作報(bào)道了一種基于氣-固-液三相界面的新型電催化乙炔還原反應(yīng)策略（圖1-路線2）。采用層狀雙金屬氫氧化物（LDH，又稱水滑石）原位轉(zhuǎn)變形成的Cu/Cu2O界面結(jié)構(gòu)納米催化材料，以水取代氫氣為質(zhì)子源，在室溫下實(shí)現(xiàn)了富乙烯氣氛中低濃度乙炔的選擇性還原（C2H2+H2O→C2H4+0.5O2），乙炔轉(zhuǎn)化率達(dá)99.9%，乙烯選擇性大于90%，成功將乙炔濃度由5000 ppm降至1 ppm以下。該電催化乙炔還原反應(yīng)體系的各項(xiàng)指標(biāo)（乙炔轉(zhuǎn)化率、乙烯選擇性、氫氣殘留量、反應(yīng)溫度、比活性）均達(dá)到或超過(guò)了熱催化乙炔加氫報(bào)道的最優(yōu)值（圖2）。  

　　該工作中發(fā)展的室溫乙炔電還原策略，將低濃度乙炔轉(zhuǎn)換為乙烯所需的電力成本不足乙烯市場(chǎng)價(jià)格的0.5%，且較傳統(tǒng)熱催化在能量與原子經(jīng)濟(jì)性等方面表現(xiàn)出了突出優(yōu)勢(shì)。相關(guān)研究結(jié)果為實(shí)現(xiàn)乙烯工業(yè)的碳中和目標(biāo)指出了新的研究發(fā)展方向，于近期發(fā)表在《自然-催化》上。

圖1.富乙烯氣氛乙炔選擇性轉(zhuǎn)化路線圖 　 

圖2.三相電催化乙炔還原裝置照片及其與熱催化乙炔加氫性能比較