清华大学JACS：Cl离子修饰实现90 %法拉第效率电化学还原乙烯制备乙二醇

清华大学JACS：Cl离子修饰实现90 %法拉第效率电化学还原乙烯制备乙二醇

清华大学研究团队在电化学还原乙烯制备乙二醇领域取得重要突破。通过在高比表面积气体扩散电极上负载纳米树突Pd催化剂，并通过Cl-离子修饰，成功实现了高达92%的法拉第效率和18 mA cm-2的乙二醇电流密度。

相比于传统热催化反应，直接的电化学乙烯制备乙二醇（C2H4-to-EG）是具有前景的降低石油消耗以及CO2消耗的路线。通过电化学沉积法制备的Pd催化剂展示前景，但是其表现非常低的乙二醇电流密度（<4 mA cm-2），低法拉第效率（<60 %），低产量（<10 μmol h-1），这些问题阻碍电催化还原乙烯制备乙二醇技术的部署。

有鉴于此，清华大学段昊泓副教授、李必杰副教授等报道一种担载于高比表面积气体扩散电极之上的纳米树突（nanodendrite）Pd催化剂。

这种纳米树突Pd催化剂担载于高比表面积气体扩散电极上，实现了高EG电流密度（12 mA cm-2），高产量（227 μmol h-1），但是较低的法拉第效率（65 %）。通过修饰Cl-离子，法拉第效率提升至92 %，EG电流密度增至18 mA cm-2，产量增至~340 μmol h-1。

实验结果表明Cl-的强吸电子效应降低原位生成Pd-OH的氧化能力，阻碍EG过度氧化生成羟基乙醛（glycol aldehyde）。并且，Cl-影响EG吸附结构，将EG吸附结构从平行配位或双位点配位变成垂直方向和单位点方式配位。因此，阻止EG分子切断C-C化学键生成CO2。此外，Cl-吸附促进产生Pd-OH活性物种，改善催化反应活性。

这项工作展示了表面离子修饰对于改善电催化C2H4-to-EG转化反应的催化活性和选择性的前景，为开发各种各样的高附加值电化学化学品合成技术提供帮助。