Électrosynthèse d'éthylène de qualité polymère via la semihydrogénation de l'acétylène sur des nanodots de Cu sous-coordonnés

L'élimination des impuretés d'acétylène reste importante mais difficile pour l'industrie aval de l'éthylène. Les processus de semihydrogénation thermocatalytique actuels nécessitent une haute température et un excès d'hydrogène pour garantir une conversion complète de l'acétylène. Pour cette raison, la semihydrogénation électrocatalytique de l'acétylène basée sur l'électricité renouvelable sur des catalyseurs à base de Cu est une voie attrayante par rapport aux processus thermocatalytiques énergivores. Cependant, les électrocatalyseurs actifs en Cu font toujours face à la concurrence de réactions secondaires et nécessitent souvent des surpotentiels élevés. Ici, nous présentons un catalyseur à base de nanodots de Cu sous-coordonnés avec un potentiel d'amorçage de -0,15 V par rapport à l'électrode à hydrogène réversible, capable de convertir exclusivement C2H2 en C2H4 avec une efficacité faradique maximale d'environ 95,9 % et une activité intrinsèque élevée de plus de -450 mA cm-2 sous un flux pur de C2H2. Ensuite, nous démontrons avec succès la purification simulée de l'éthylène brut, produisant en continu un C2H4 de qualité polymère avec 2H2 pendant 130 heures à une vitesse d'espace de 1,35 × 105 ml gcat-1 h-1. Des calculs théoriques et des spectroscopies in situ révèlent une barrière énergétique plus basse pour la semihydrogénation de l'acétylène sur des sites Cu sous-coordonnés par rapport à une surface Cu non défectueuse, ce qui entraîne une excellente activité catalytique de C2H2 à C2H4 des nanodots de Cu.