Nuevo diseño de catalizador para semihidrogenación electrocatalítica de acetileno

31 de mayo de 2023

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han destacado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:

comprobado

publicación revisada por pares

corregir

por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China

Recientemente, el grupo de investigación del Prof. Zeng Jie del Centro Nacional de Investigación de Ciencias Físicas de Hefei en la Microescala y la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), en colaboración con el Prof. Xia Chuan y el equipo del Investigador Zheng Tingting de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica. de China, desarrolló un catalizador de nanopuntos de Cu poco coordinado para lograr la semihidrogenación de acetileno con una alta actividad y eficiencia intrínsecas. La investigación fue publicada en Nature Communications.

El etileno es un material destacado en la industria química. Normalmente, el proceso de producción industrial de etileno (C2H4) produce inevitablemente entre un 0,5 % y un 3 % de acetileno (C2H2) como subproducto que envenena irreversiblemente los catalizadores Ziegler-Natta, lo que provoca una disminución de la actividad.

Por lo tanto, es importante eliminar las impurezas de C2H2 en la producción de etileno. La semihidrogenación termocatalítica tradicional de C2H2 requiere un catalizador a base de paladio de alta temperatura, alta presión y costoso, lo que limita su desarrollo posterior.

El costo decreciente de la electricidad ha motivado el desarrollo de la semihidrogenación de acetileno electrocatalítica (EASH) utilizando catalizadores a base de Cu como alternativa. Sin embargo, los catalizadores basados ​​en Cu anteriores todavía sufren reacciones secundarias, lo que da como resultado una purificación insatisfactoria.

Para resolver este problema, el equipo primero sintetizó nanopuntos de Cu descoordinados (Cu ND) como catalizadores mediante reducción in situ. Cuando se probó la actividad bajo flujo de acetileno puro, los ND de Cu descoordinados lograron una eficiencia de Faradaic de más del 90 % en un amplio rango de densidad de corriente, alcanzando un pico del 95,6 % a una densidad de corriente de -350 mA·cm-2. Además, la espectroscopia in situ reveló una barrera de energía más baja para los catalizadores de ND de Cu poco coordinados.

Los reactores de ensamblaje de electrodos de membrana (MEA) tienen las ventajas de baja resistencia, bajo consumo de energía y configuración compacta. Por lo tanto, el equipo diseñó un reactor de dos electrodos tipo MEA para la generación continua de C2H4 de calidad polimérica.

En la prueba de evaluación del rendimiento, un reactor MEA de 25 cm2 pudo convertir completamente el 0,5 % de C2H2 en C2H4 a diferentes caudales de 10 a 50 centímetros cúbicos estándar por minuto (sccm). Con el aumento del caudal, la selectividad de C2H4 mostró una tendencia ascendente. El equipo logró sintetizar continuamente C2H4 de calidad polimérica durante 130 horas con un caudal de 50 sccm con una disminución del rendimiento insignificante (C2H2 residual inferior a 1 parte por millón, voltaje de celda mantenido a -1,89 V).

Este trabajo realizó EASH altamente eficiente para producir etileno de calidad polimérica a través del desarrollo de catalizadores, el estudio del mecanismo de reacción y el diseño del reactor, lo que brinda perspectivas para el desarrollo futuro de la purificación electrocatalítica de etileno.

Más información: Weiqing Xue et al, Electrosíntesis de etileno de calidad polimérica mediante semihidrogenación de acetileno sobre nanopuntos de Cu poco coordinados, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-37821-1

Información del diario:Comunicaciones de la naturaleza

Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China