近日，华东理工大学李春忠教授等在环氧乙烷高效制备领域取得突破。该团队创新构建了新型氧化还原介导电催化系统，通过高效耦合二氧化碳(CO₂)制乙烯、乙烯制环氧乙烷的过程，实现低能量输入以及高转化率的环氧乙烷电催化制备。
此前电催化CO₂制环氧乙烷的效率较低，整体电解池能量效率低于15%且能耗高，每生产1千克环氧乙烷所需能耗超19兆焦耳，是当前工业路线能耗的5倍。
该团队通过在工业催化剂氧化铱上负载第六周期金属氧化物来制备高效催化剂。其中，在钡、镧、铈和铋氧化物中，发现负载钡氧化物的催化剂高效抑制关键中间体的降解过程，实现了阳极乙烯制环氧乙烷的法拉第效率达到90%。同时，该过程环氧乙烷产物选择性超过98%，不存在乙烯完全氧化产生的碳排放问题。当将其与阴极氧还原反应配对时，每生产1千克环氧乙烷所需能耗仅需5.3兆焦耳，这与现有高碳排放的工业制环氧乙烷过程的能耗相当。
团队进一步利用水氧化和氧还原这一氧化还原介导，构建了新型氧化还原介导电催化系统，通过高效耦合CO₂制乙烯、乙烯制环氧乙烷的过程，实现低能量输入的环氧乙烷电催化制备。此外，该工作实现了高转化率的环氧乙烷电催化制备，在300毫安/平方厘米工业级电流密度下CO₂制环氧乙烷的法拉第效率超过35%。
据介绍，国内外绝大多数装置都采用乙烯直接氧化路线生产环氧乙烷，但由于该路线的乙烯完全氧化问题，使其产生大量碳排放。据相关统计，2020年全球因生产环氧乙烷所带来的直接碳排放量超千万吨。因此，利用电催化技术在“无碳排放”及“碳减排”条件下高效制备环氧乙烷，将为传统化工行业带来环保技术升级契机。
作者：丁青松 来源：中国化工报
