中国科学院大连化学物理研究所开发基于固体氧化物电解池的乙烷电化学脱氢制乙烯技术

作为重要的石油化工原料，乙烯主要通过石脑油蒸汽裂解制得。近年来。随着乙烯需求量的增加以及大规模页岩气的开采，乙烷脱氢制乙烯反应由于其高选择性和经济可行性而受到广泛关注。由于受热力学限制，乙烷无氧脱氢制乙烯过程反应温度较高，且伴随有积炭生成。而乙烷有氧脱氢反应(ODE)能够克服热力学限制，反应温度较低，但反应气中氧气的存在会诱发碳氢化合物的深度氧化，进而导致乙烯选择性下降，且乙烷和氧气混合气存在一定的安全隐患。因此，开发新型高效的乙烷脱氢制乙烯工艺对于石油化工行业至关重要。

近日，中国科学院大连化学物理研究所的研究人员利用固体氧化物电解池(SOEC)，在SOEC阳极上实现了高选择性乙烷电化学脱氢制乙烯过程。相关结果发表在德国《应用化学》杂志上。

该技术中，乙烷通入SOEC阳极，利用阴极CO2电解生成的氧物种催化转化乙烷制乙烯。并通过在LSCF-SDC阳极表面修饰γ-Al2O3进一步提高了ODE活性，在γ-Al2O3负载量为0.390 mgcm2时，600℃条件下，乙烯选择性最高达到92.5%，乙烷转化率最高为29.1%，且在乙烯选择性为90%的条件下连续运行200h无明显衰减且无积炭生成。原位XPS表征结果以及DFT理论计算结果表明，LSCF-SDC阳极表面修饰Al2O3之后，电极表面氧空位以及吸附氧物种数量减少，而且界面处Al-O-Fe的形成促进了乙烷的吸附，从而提升了乙烯选择性和乙烷转化率。同时，阴极CO2电解制CO的法拉第效率达到约100%。该过程利用SOEC同时实现了CO2和乙烷的高选择性电催化转化，为低碳分子催化转化提供了新的研究思路。

[中国石化有机原料科技情报中心站供稿]