Этилен, или этен, является основным сырьем для химической промышленности, в том числе в качестве исходного материала для производства широкого спектра пластмасс. В журнале Angewandte Chemie ученые представили новый электрохимический метод селективного и энергоэффективного производства этилена из монооксида углерода, который можно получить из возобновляемых ресурсов и отходов..
С экономической и экологической точек зрения преобразование оксида углерода (СО) в этилен энергосберегающими методами является ключевым процессом использования ненефтехимического сырья. В настоящее время этилен обычно получают путем парового крекинга нафты, полученной на нефтеперерабатывающих заводах. В этом процессе углеводороды с длинной цепью расщепляются на более короткие цепи при температуре от 800 до 900 °C. В качестве альтернативы этилен можно производить из синтез-газа - смеси CO и водорода, полученной в результате газификации угля, - хотя его также можно получать из биогаза, древесины и отходов в качестве источников углерода. Процесс Фишера-Тропша можно использовать для преобразования синтез-газа в смесь углеводородов, включая этилен. Недостатками этого метода являются энергоемкие условия от 200 до 250 °С, давление от 5 до 50 бар и расход ценного водорода. Кроме того, максимум 30% продуктов представляют собой предпочтительные углеводороды С2 (этилен и этан). Образование более длинных цепей невозможно предотвратить, процесс выделения этилена сложен, а также образуется 30-50% CO2, что является нежелательным выбросом и представляет собой потерю углерода.
Исследователи, работающие с Дехуи Дэном из Сямэньского университета и Даляньского института химической физики Китайской академии наук, представили новый подход к прямому электрокаталитическому процессу для высокоселективного производства этилена. В этом методе CO восстанавливается водой при комнатной температуре и стандартном давлении с использованием медного катализатора и электрического тока.
Оптимизировав структуру своего газодиффузионного электрода, исследователи смогли достичь непревзойденной фарадеевской эффективности (эффективности переноса заряда в электрохимической реакции) на уровне 52,7% и превзошли 30-процентный предел селективности по C2. Выброс CO2 не происходит. Успех подхода зависит от микропористого слоя углеродных волокон с оптимально настроенной гидрофобностью, который действует как подложка для каталитически активных частиц меди, и оптимизированной концентрации гидроксида калия в водной фазе. Это увеличивает концентрацию CO на электроде и увеличивает связь между атомами углерода. Побочные продукты этой реакции, этанол, н-пропанол и уксусная кислота, представляют собой жидкости, позволяющие легко отделить газообразный этилен.