乙烯与氢气反应方程式及反应类型

成果概览

澳大利亚阿德莱德大学的乔世璋院士与郑尧教授团队，在最新的研究中开发出一种利用浓缩海水电解制取乙烯的创新方法。团队成功将海水电解与乙炔加氢反应相结合，实现了在工业级电流密度下的乙烯选择性生产，为乙烯的绿色制备开辟了新的道路。

研究亮点解析

1. 研究发现：海水中的高浓度钠离子能够促进电解质与电极界面水分子的解离，为乙炔加氢反应提供了必要的质子源。

2. 高效表现：在浓缩的海水电解质中，乙烯生成的法拉第效率高达97%，这一数据远高于普通淡水体系。

3. 系统集成：团队构建了一个集成式的海水电解-乙炔加氢反应系统，实现了乙烯和氢气的协同生产。

4. 长期稳定性：该体系能够在工业级电流密度下长期稳定运行，乙烯选择性超过97.5%。

配图详解

1. 图1展示了在不同电解质（淡水、海水、浓缩海水）中，乙炔加氢反应的产物分布情况随电流密度的变化。明显地，在浓缩海水中，乙烯的选择性得到了显著的提升，而氢气的副产物生成被有效抑制。

2. 图2（a）说明了钠离子浓度的增加对电解质/电极界面水分子振动模式的影响；（c）通过原位电子paramagnetic共振光谱证实，在浓钠溶液中氢气生成的抑制现象；（d）则通过原位拉曼和光谱分析了关键中间体的变化。

3. 图3基于成本分析，强调了在工业电流密度下实现高乙烯选择性的重要性。经过优化的催化剂ED-2，在1.0 A cm^-2的电流密度下仍能保持较高的乙烯法拉第效率。

4. 图4（a）展示了集成海水电解与乙炔加氢反应系统的示意图；（b）长期的电解测试证明，在浓缩海水中乙烯的法拉第效率可达97%以上；（e，g）集成系统在0.4 A cm^-2的电流密度下连续运行32小时，乙烯和氢气的产量分别达到了特定的数值。

未来展望

此研究首次实现了在工业级电流密度下的高效、选择性电化学乙烯生产，采用了新颖的“海水”途径。通过与可再生能源驱动的海水电解集成，可实现乙烯和氢气的协同绿色生产。该策略展现了良好的经济前景，为化工品的清洁生产指明了方向。未来，进一步提高效率、降低成本将在深入研究机理的基础上成为关键。

文献信息

详细研究内容已发布在相关学术期刊上，具体文献信息为：[/10.1002/anie.202405943](/10.1002/anie.202405943) Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202405943。