近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室納米與界面催化研究中心中國(guó)科學(xué)院院士包信和、研究員汪國(guó)雄和高敦峰團(tuán)隊(duì)在乙烯電催化轉(zhuǎn)化利用方面取得新進(jìn)展，提出反向單原子摻雜策略，實(shí)現(xiàn)了高活性高穩(wěn)定性的乙烯電催化環(huán)氧化制環(huán)氧乙烷。

環(huán)氧乙烷是一種用途廣泛的重要化工產(chǎn)品，目前工業(yè)上主要通過較高溫度（200至260 C）和壓力（1至3MPa）下乙烯和氧氣的反應(yīng)來制備，由于該反應(yīng)易發(fā)生過度氧化，以及高溫高壓的反應(yīng)條件，導(dǎo)致該過程排放出大量二氧化碳。鹵素介導(dǎo)的乙烯電催化環(huán)氧化反應(yīng)以水為氧源，在溫和條件下進(jìn)行，能有效抑制乙烯的過度氧化，是制備環(huán)氧乙烷的一條低碳路徑。然而，鹵素介導(dǎo)的反應(yīng)環(huán)境具有強(qiáng)酸性、強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)氧化性等，對(duì)催化材料的要求極為苛刻。

大連化物所提出乙烯電催化環(huán)氧化制環(huán)氧乙烷的新策略

本工作中，團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種單原子Ru摻雜的錳鋇礦結(jié)構(gòu)KIr4O8納米線催化劑（KIrRuO）。該催化劑用于氯介導(dǎo)的乙烯環(huán)氧化反應(yīng)時(shí)，在優(yōu)化的反應(yīng)條件下環(huán)氧乙烷的分電流密度最高為0.7A/cm2，環(huán)氧乙烷收率最高為92%，并且其催化穩(wěn)定性優(yōu)于未摻雜的KIr4O8催化劑。機(jī)理研究表明，單原子Ru通過調(diào)變其鄰近Ir位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定了*CH2CH2OH中間體，并有利于Cl2活性物種的形成，從而促進(jìn)了2-氯乙醇（環(huán)氧乙烷）的生成。該工作為利用單原子調(diào)變鄰近金屬位點(diǎn)的反應(yīng)性提供了新思路，并拓展了碳基資源電催化轉(zhuǎn)化的反應(yīng)路線。

相關(guān)研究成果以“Boosting Electrocatalytic Ethylene Epoxidation by Single Atom Modulation”為題，于近日發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被選為熱點(diǎn)論文（Hot Paper）。該工作的共同第一作者是大連化物所博士研究生王含羽和博士后王碩。上述工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、遼寧省興遼英才計(jì)劃、大連化物所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202402950