大連化物所鄧德會：新過程用水直接加氫乙炔制乙烯

近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員鄧德會和副研究員于良團隊，在水直接加氫乙炔制乙烯反應研究中取得新進展。團隊利用碳化鉬負載金（Au/α-MoC）催化劑，實現了直接用水作為氫源的乙炔加氫制乙烯新反應過程。相比于傳統氫氣加氫途徑，該過程直接利用廉價的水在更低的反應溫度（80℃）下進行加氫反應，提供了一條綠色、高效的乙炔加氫制乙烯新途徑。相關成果發表在《自然—催化》上。

反應過程示意圖。大連化物所供圖

乙烯是化學工業重要的基礎原料，目前主要通過石腦油裂解工藝生產。由于石油資源的過度消耗以及我國高的原油進口依存度，開發乙烯多元化生產路徑具有重要意義。結合我國“富煤貧油”的資源稟賦，通過煤制乙炔，再經乙炔加氫制乙烯，是替代傳統石油基乙烯生產路線的一種具有前景的途徑。

然而，目前的乙炔加氫工藝通常需要在100至300℃的高溫下進行，能耗較高。此外，傳統加氫過程消耗的氫氣也需要水煤氣變換等高能耗的制備過程，產生的氫氣還需要后續的分離和提純等復雜工藝。因此，開發一種更經濟、高效的低能耗乙炔加氫制乙烯途徑具有重要意義。

本工作中，團隊打破常規，繞開傳統的高成本氫氣加氫路徑，將廉價的水與水煤氣變換原料一氧化碳直接用于乙炔加氫反應，并利用Au/α-MoC催化劑表面原位生成的活性氫物種，直接將乙炔高選擇性加氫到乙烯。在80℃下，實現了乙炔轉化率大于99%，乙烯選擇性大于83%。

團隊又通過原位譜學、動力學模擬和理論計算研究證實，Au團簇與α-MoC的界面是該反應的活性位點，水分子首先在界面Mo位點上解離生成羥基，羥基上的活潑氫可將乙炔高選擇性加氫到乙烯，而殘留的氧被界面處Au上吸附的一氧化碳還原移除，完成催化循環。該過程規避了高能耗的復雜步驟，實現了直接利用豐富的H₂O高活性、高選擇性加氫乙炔制乙烯新路徑。

該工作也為開發非氫氣、低溫、高效加氫反應提供了新思路。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41929-023-01026-y