Etilen geleneksel olarak petrol türevi hidrokarbonların buharla parçalanmasıyla elde edilir. Son zamanlarda, kömürden elde edilen asetilenin yarı hidrojenasyonu, etilen üretimine bir alternatif olarak ortaya çıkmıştır. Özellikle elektrokatalitik asetilen yarı hidrojenasyonu (EASH), yenilenebilir enerjiyle çalıştırılması ve düşük karbon emisyonuna sahip olması nedeniyle avantajlıdır.
Bununla birlikte, EASH yoluyla etilen elektrosentezinin pratik uygulaması, yavaş reaksiyon hızı, sınırlı etilen seçiciliği ve düşük enerji verimliliği nedeniyle engellenmiştir. Ek olarak, çalışmalar öncelikle katalitik aktif bölgelerin nano ölçekte ve atomik ölçekte ayarlanmasına odaklanmıştır ve elektrotlar içindeki mezoskopik kütle taşınımının kritik rolü sıklıkla göz ardı edilmiştir.
Yayınlanan bir çalışmada Angewandte Chemie Uluslararası SürümüÇin Bilimler Akademisi Dalian Kimyasal Fizik Enstitüsü’nden (DICP) Prof. Bao Xinhe ve Prof. Gao Dunfeng liderliğindeki bir araştırma ekibi, parçacıklar arası kütle taşınımını teşvik ederek amper seviyesinde akım yoğunluğunda asetilenden etilen elektrosentezi elde etti.
Araştırmacılar, bir gaz difüzyon elektrotunun katalizör katmanı içindeki parçacıklar arası kütle aktarımının önemli rolünü niceliksel olarak gösterdi. Cu küplerin ortalama parçacıklar arası mesafesini artırarak, asetilen adsorpsiyonunu ve etilen desorpsiyonunu geliştirerek EASH performansının artmasına yol açtılar.
265 nm’lik büyük ortalama parçacıklar arası mesafeye sahip Cu küp elektrot, 1,0 A cm akım yoğunluğunda %97,4’lük bir etilen Faradaik verimliliği sergiledi−2 ve maksimum etilen kısmi akım yoğunluğu 1,5 A cm−2 alkalin membranlı elektrot düzeneği elektrolizöründe.
Dahası, araştırmacılar Cu küplerin parçacıklar arası mesafesini arttırmanın kütle taşınımını etkili bir şekilde desteklediğini ve endüstriyel olarak uygun koşullar altında verimli etilen elektrosentezine olanak sağladığını ortaya çıkardı.
Prof. Gao, “Çalışmamız, elektrokatalizde mezoskopik kütle aktarımının anahtar rolünü ortaya koyuyor. Bu faktör, yüksek performanslı elektrokatalitik sistemlerin tasarlanmasında dikkate alınmalıdır” dedi.
