Science：Sargent报道乙烯电化学合成环氧乙烷

纳米技术

2020-06-12

乙烯的氧化物是一种具有张力的活性分子，在塑料合成中是重要的原料，目前合成环氧乙烷的合成中通常经过乙烯和O₂在高温中进行反应，多伦多大学Edward H. Sargent等报道了一种新的合成方法，通过生成含氯的中间体物种进行反应。该方法中通过电化学过程将氯和H₂O作为反应物生成氯醇（chlorohydrin）中间体，避免了使用O₂作为反应物和生产过程中生成大量的CO₂。

本文要点：

（1）

通过电化学方法构建了均相/异相催化界面，在1 A cm^-2电流密度中达到了~70 %的法拉第效率，选择性达到~97 %。长时间工作稳定测试结果显示，在300 mA cm^-2电流密度中连续工作100 h，反应体系的法拉第效率保持在71±1 %。

电化学反应：

阳极反应: 

2Cl^– → Cl2 + 2e^–

Cl₂ + H₂O ⇋ HOCl + HCl

C₂H₄ + HOCl → HOCH₂CH₂Cl

阴极反应：2H₂O+2e^– → H₂ + 2OH^–

混合反应：

HOCH₂CH₂Cl + OH^– → C₂H₄O + Cl^– + H₂O

HCl + OH^– → Cl^– + H₂O

总反应： C₂H₄ + H₂O → C₂H₄O+H₂

参考文献

Wan Ru Leow, Yanwei Lum, Adnan Ozden, Yuhang Wang, Dae-Hyun Nam, Bin Chen, Joshua Wicks, Tao-Tao Zhuang, Fengwang Li, David Sinton, Edward H. Sargent*

Chloride-mediated selective electrosynthesis of ethylene and propylene oxides at high current density, Science 2020,

DOI：10.1126/science.aaz8459

https://science.sciencemag.org/content/368/6496/1228