华东理工大学的电催化CO2制环氧乙烷研究获进展

近日，华工理工大学研究团队利用CO2电催化技术高效制备环氧乙烷取得进展，相关研究成果发表于《自然·催化》杂志。

目前，环氧乙烷装置主要采用乙烯直接氧化工艺，但该工艺原料乙烯完全氧化会产生大量碳排放。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则具有环保意义。目前，电催化CO2制环氧乙烷过程效率较低，法拉第效率小于25%，整体电解池能量效率低于15%且能耗高，生产1 kg环氧乙烷所需能耗超过19 MJ，是当前工业路线能耗的5倍。

该研究团队通过在工业催化剂氧化铱(IrO2)上负载第六周期金属氧化物制备高效催化剂，其中负载钡氧化物的催化剂高效抑制了关键中间体的降解过程，实现阳极乙烯制环氧乙烷法拉第效率达90%。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。与阴极氧还原反应配对时，生产1 kg环氧乙烷所需能耗仅5.3 MJ，这与现有高碳排放的工业制环氧乙烷过程能耗相当。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制乙烯与乙烯制环氧乙烷过程，实现低能量输入的环氧乙烷电催化制备，总反应的理论电解电压为1.28 V，而目前文献报道的最优理论电解电压是2.51 V。

该研究可实现电催化高转化率制备环氧乙烷，在300 mA/cm2工业级电流密度下CO2制环氧乙烷的法拉第效率超过35%，比文献报道的最高值提高1.4倍，并使电解工作电压降低了1.2 V。