近日，中国科学技术大学曾杰教授研究团队与电子科技大学夏川教授、郑婷婷研究员团队合作，研发了配位不饱和铜纳米点催化剂，实现了高活性电催化乙炔半加氢制乙烯并用于乙烯纯化。
研究团队通过催化剂的开发、反应机理的研究以及反应器的设计，实现了高效率乙炔除杂制备聚合级乙烯，为未来电催化乙烯纯化高效催化剂的设计带来了启发。
乙烯是重要的化工原料，代表了一个国家的石化工业水平。工业制取乙烯的过程中会产生0.5%~3%乙炔。乙炔杂质在乙烯聚合时会不可逆地毒化齐格勒—纳塔聚合催化剂，致其失活。虽然传统热催化乙炔半加氢过程可以将乙炔杂质转化为乙烯，但高温高压的运行条件、价格高昂的钯基催化材料以及转化率低、选择性差等问题限制了其进一步发展。
随着新能源发电技术的迅速发展，电力成本下降，在乙烯纯化方面，电催化乙炔半加氢技术已经具备与传统能量密集型热催化过程竞争的潜力。但目前研究的高乙炔电化学活性铜基催化剂仍面临析氢等副反应的竞争，除杂效果不理想。基于此，研究团队开发了配位不饱和铜纳米点催化剂，实现了连续生产聚合级乙烯，在此过程中乙炔浓度低于百万分之一，同时具有优异的长期稳定性。
研究人员通过原位电还原的方法合成了铜纳米点作为电化学乙炔半加氢的催化剂，在纯乙炔气流下评估催化剂活性时发现，在较宽的电流密度范围内，配位不饱和铜纳米点催化剂对乙烯的法拉第效率均超过90%，并在-350毫安/平方厘米的电流密度下达到最高值95.6%。通过原位电化学微分质谱发现，配位不饱和铜纳米点催化剂具有更高的产乙烯起始正电位。
此外，研究人员还设计了一种膜电极反应器用于持续制备聚合级乙烯。在电极面积为25平方厘米的膜电极反应器中，在10~50标准立方厘米/分钟的不同气体流速下，配位不饱和铜纳米点催化剂均能将0.5%乙炔杂质完全转化为乙烯。此外，随着流速的增加，乙烯的选择性呈上升趋势，当流速大于20毫升/分钟时，乙烯的选择性保持在90%以上;当流速为50毫升/分钟时，乙烯的选择性达到93.6%。值得注意的是，研究人员成功在50标准立方厘米/分钟的流速下，连续纯化粗乙烯合成聚合级乙烯130小时，剩余乙炔低于百万分之一，并且全池性能几乎没有衰减。