Catalisadores moleculares de cobalto para semi-hidrogenação eletrocatalítica de acetileno

A semi-hidrogenação eletrocatalítica de acetileno é uma rota atraente para a produção de etileno, mas reações secundárias concorrentes como evolução de hidrogênio, sobre-hidrogenação e acoplamento C–C comprometem severamente sua viabilidade industrial. Aqui, apresentamos uma plataforma de ftalocianina metálica suportada em nanotubos de carbono, MPc/XCNT (M = Cu, Co, Ni, Fe; X = O, N, S), para investigar os papéis dos centros metálicos e dos ambientes de coordenação local. Entre esses catalisadores, estruturas baseadas em CoPc exibem cinéticas de dissociação de água marcadamente aprimoradas e barreiras de energia de acoplamento C–C elevadas em comparação com os catalisadores convencionais baseados em CuPc, suprimindo efetivamente subprodutos indesejados C4. Além disso, a regulação molecular do centro Co otimiza a adsorção e utilização do hidrogênio ativo, mitigando tanto a evolução de hidrogênio quanto a sobre-hidrogenação. Como resultado, o catalisador otimizado CoPc/NCNT apresenta desempenho competitivo em densidades de corrente elevadas e condições ricas em etileno. Em condições industrialmente relevantes de -500 mA cm-2 sob um fluxo puro de etileno, alcança 86,7% de eficiência faradaica com uma frequência de rotatividade de 7019 min-1. Sob condições simuladas de cru industrial, mantém 99,7% de conversão e 99,5% de seletividade durante 110 horas de operação contínua. Este trabalho fornece uma estratégia molecular bem definida para avançar transformações eletrocatalíticas seletivas. A conversão eletrocatalítica seletiva de acetileno para etileno é limitada por reações secundárias concorrentes sobre catalisadores moleculares. Aqui, os autores relatam um catalisador de ftalocianina de cobalto que atinge 99,99% de seletividade para etileno e uma frequência de rotatividade de 7019 min-1 a -500 mA cm-2.