近日，華東理工大學(xué)李春忠教授等在環(huán)氧乙烷高效制備領(lǐng)域取得突破。該團隊創(chuàng)新構(gòu)建了新型氧化還原介導(dǎo)電催化系統(tǒng)，通過高效耦合二氧化碳(CO)制乙烯、乙烯制環(huán)氧乙烷的過程，實現(xiàn)低能量輸入以及高轉(zhuǎn)化率的環(huán)氧乙烷電催化制備。

此前電催化CO2制環(huán)氧乙烷的效率較低，整體電解池能量效率低于15%且能耗高，每生產(chǎn)1千克環(huán)氧乙烷所需能耗超19兆焦耳，是當(dāng)前工業(yè)路線能耗的5倍。

該團隊通過在工業(yè)催化劑氧化銥上負(fù)載第六周期金屬氧化物來制備高效催化劑。其中，在、鋪、和秘氧化物中，發(fā)現(xiàn)負(fù)載氧化物的催化劑高效抑制關(guān)鍵中間體的降解過程，實現(xiàn)了陽極乙烯制環(huán)氧乙烷的法拉第效率達到90%。同時,該過程環(huán)氧乙烷產(chǎn)物選擇性超過98%，不存在乙烯完全氧化產(chǎn)生的碳排放問題。當(dāng)將其與陰極氧還原反應(yīng)配對時，每生產(chǎn)1千克環(huán)氧乙烷所需能耗僅需5.3兆焦耳，這與現(xiàn)有高碳排放的工業(yè)制環(huán)氧乙烷過程的能耗相當(dāng)。

團隊進一步利用水氧化和氧還原這一氧化還原介導(dǎo)，構(gòu)建了新型氧化還原介導(dǎo)電催化系統(tǒng)，通過高效耦合CO.制乙烯、乙烯制環(huán)氧乙烷的過程，實現(xiàn)低能量輸入的環(huán)氧乙烷電催化制備。此外，該工作實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)化率的環(huán)氧乙烷電催化制備，在300毫安/平方厘米工業(yè)級電流密度下CO，制環(huán)氧乙烷的法拉第效率超過35%。

據(jù)介紹，國內(nèi)外絕大多數(shù)裝置都采用乙烯直接氧化路線生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，但由于該路線的乙烯完全氧化問題，使其產(chǎn)生大量碳排放。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計,2020年全球因生產(chǎn)環(huán)氧乙烷所帶來的直接碳排放量超千萬噸。因此,利用電催化技術(shù)在“無碳排放”及“碳減排”條件下高效制備環(huán)氧乙烷，將為傳統(tǒng)化工行業(yè)帶來環(huán)保技術(shù)升級契機。