我所提出乙烯电催化环氧化制环氧乙烷的新策略

近日，我所催化基础国家重点实验室纳米与界面催化研究中心（502组群）包信和院士、汪国雄研究员和高敦峰研究员团队在乙烯电催化转化利用方面取得新进展，提出反向单原子掺杂策略，实现了高活性高稳定性的乙烯电催化环氧化制环氧乙烷。

环氧乙烷是一种用途广泛的重要化工产品，目前工业上主要通过较高温度（200至60°C）和压力（1至3MPa）下乙烯和氧气的反应来制备，由于该反应易发生过度氧化，以及高温高压的反应条件，导致该过程排放出大量二氧化碳。卤素介导的乙烯电催化环氧化反应以水为氧源，在温和条件下进行，能有效抑制乙烯的过度氧化，是制备环氧乙烷的一条低碳路径。然而，卤素介导的反应环境具有强酸性、强腐蚀性、强氧化性等，对催化材料的要求极为苛刻。

本工作中，团队发展了一种单原子Ru掺杂的锰钡矿结构KIr4O8纳米线催化剂（KIrRuO）。该催化剂用于氯介导的乙烯环氧化反应时，在优化的反应条件下环氧乙烷的分电流密度最高为0.7A/cm2，环氧乙烷收率最高为92%，并且其催化稳定性优于未掺杂的KIr4O8催化剂。机理研究表明，单原子Ru通过调变其邻近Ir位点的电子结构，稳定了*CH2CH2OH中间体，并有利于Cl2活性物种的形成，从而促进了2-氯乙醇（环氧乙烷）的生成。该工作为利用单原子调变邻近金属位点的反应性提供了新思路，并拓展了碳基资源电催化转化的反应路线。

相关研究成果以“Boosting Electrocatalytic Ethylene Epoxidation by Single Atom Modulation”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被选为热点论文（Hot Paper）。该工作的共同第一作者是我所523组博士研究生王含羽和博士后王硕。上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划、我所创新基金等项目的支持。（文/图 高敦峰、王含羽）

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202402950