乙烯作为重要的石油化工原料，主要用于生产合成乙醇、乙二醇、环氧乙烷、聚氯乙烯等，其产量是衡量一个国家石油化工生产能力与水平的标志。利用储量丰富的页岩气制备高附加值的乙烯是一条低成本、高原子经济性及绿色环保的非石油路线，具有重要的经济和社会意义。乙烷氧化脱氢，不易控制氧化程度，副反应多使乙烯选择性低；乙烷非氧化脱氢面临的挑战是产物乙烯和氢气无法分离，导致乙烷转化率低。

　　在国家重点研发计划、国家基金重大研究计划重点项目、中科院洁净能源创新院联合基金等项目资助下，中科院功能纳米结构设计与组装重点实验室谢奎课题组发展出质子传导型固体氧化物电解池实现乙烷非氧化脱氢制乙烯的新过程。如图所示，乙烷在阳极直接电催化裂解为乙烯和质子（C₂H₆→ C₂H₄ + 2H⁺ + 2e^-），同时质子在外加电势下经电解质“抽取”至阴极形成氢气（2H⁺ + 2e^-→ H₂）；当阴极存在CO₂与质子反应则生成CO（CO₂ + 2H⁺ + 2e^-→ CO + H₂O），不仅实现CO₂还原为CO燃料，而且降低两个电极之间的过电位，从而大幅度提高乙烷脱氢效率。这一新颖的电催化过程不仅实现了乙烷非氧化脱氢制乙烯，也实现了CO₂还原与高值利用，具有经济和可持续发展潜力。

　　通过对Nb_1.33(Ti_0.8Mn_0.2)_0.67O_4-δ（NTMO）掺杂并在表面原位铆合生长纳米Ni_xCu_1-x合金构筑金属-氧化物界面体系，以增强乙烷转化的电催化活性和抗积碳性能。电化学“抽取”质子实现高效的乙烷非氧化脱氢制乙烯过程，在常压、700℃及0.8 V下，乙烷转化率高达75.2%，乙烯选择性接近100%，运行100小时性能无衰减。相关成果发表在ACS Catal, 2020, doi.org/10.1021/acscatal.9b05409。论文的共同第一作者是张茜瑞和叶灵婷。

　　论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.9b05409

　　（谢奎课题组供稿）