中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所開(kāi)發(fā)基于固體氧化物電解池的乙烷電化學(xué)脫氫制乙烯技術(shù)

作為重要的石油化工原料，乙烯主要通過(guò)石腦油蒸汽裂解制得。近年來(lái)。隨著乙烯需求量的增加以及大規(guī)模頁(yè)巖氣的開(kāi)采，乙烷脫氫制乙烯反應(yīng)由于其高選擇性和經(jīng)濟(jì)可行性而受到廣泛關(guān)注。由于受熱力學(xué)限制，乙烷無(wú)氧脫氫制乙烯過(guò)程反應(yīng)溫度較高，且伴隨有積炭生成。而乙烷有氧脫氫反應(yīng)(ODE)能夠克服熱力學(xué)限制，反應(yīng)溫度較低，但反應(yīng)氣中氧氣的存在會(huì)誘發(fā)碳?xì)浠衔锏纳疃妊趸?，進(jìn)而導(dǎo)致乙烯選擇性下降，且乙烷和氧氣混合氣存在一定的安全隱患。因此，開(kāi)發(fā)新型高效的乙烷脫氫制乙烯工藝對(duì)于石油化工行業(yè)至關(guān)重要。

近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的研究人員利用固體氧化物電解池(SOEC)，在SOEC陽(yáng)極上實(shí)現(xiàn)了高選擇性乙烷電化學(xué)脫氫制乙烯過(guò)程。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在德國(guó)《應(yīng)用化學(xué)》雜志上。

該技術(shù)中，乙烷通入SOEC陽(yáng)極，利用陰極CO2電解生成的氧物種催化轉(zhuǎn)化乙烷制乙烯。并通過(guò)在LSCF-SDC陽(yáng)極表面修飾γ-Al2O3進(jìn)一步提高了ODE活性，在γ-Al2O3負(fù)載量為0.390 mgcm2時(shí)，600℃條件下，乙烯選擇性最高達(dá)到92.5%，乙烷轉(zhuǎn)化率最高為29.1%，且在乙烯選擇性為90%的條件下連續(xù)運(yùn)行200h無(wú)明顯衰減且無(wú)積炭生成。原位XPS表征結(jié)果以及DFT理論計(jì)算結(jié)果表明，LSCF-SDC陽(yáng)極表面修飾Al2O3之后，電極表面氧空位以及吸附氧物種數(shù)量減少，而且界面處Al-O-Fe的形成促進(jìn)了乙烷的吸附，從而提升了乙烯選擇性和乙烷轉(zhuǎn)化率。同時(shí)，陰極CO2電解制CO的法拉第效率達(dá)到約100%。該過(guò)程利用SOEC同時(shí)實(shí)現(xiàn)了CO2和乙烷的高選擇性電催化轉(zhuǎn)化，為低碳分子催化轉(zhuǎn)化提供了新的研究思路。

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