自全球页岩气革命以来，页岩气已显示出巨大的潜力，可彻底改变能源和化学工业。乙烯（C₂H₄）是化学工业中合成化学产品的基本成分之一。由于页岩气中乙烷（C₂H₆）的含量较高（>20vol％），C₂H₆已成为一种非常有吸引力的C₂H₄生产原料。目前，管式炉的蒸汽裂化是生产C₂H₄的主要技术，全球约有99％的C₂H₄生产使用管式炉进行热解。然而，蒸汽裂化面临着包括高温下的操作以及高能耗的问题。蒸汽裂化方法的替代方法是C₂H₆的氧化脱氢（ODH），ODH工艺可通过降低操作温度来减少乙烷裂解产生的积碳现象，而乙烷到乙烯的热催化，主要是氧化脱氢，面临着转化率低，选择性低和催化剂积碳等许多问题。

有鉴于此，中国科学院福建物质结构研究所谢奎研究员等人合作在质子传导性固体氧化物电解槽中，通过Ni_xCu_1-x掺杂的Nb_1.33（Ti_0.8Mn_0.2）_0.67O_4-δ（NTMO）阳极，实现了在非氧化脱氢过程中C₂H₆到C₂H₄的电化学转化。将Ni_xCu_1-x合金纳米颗粒溶解在NTMO主链上，以生长嵌入式金属-氧化物界面结构，在溶解的金属-氧化物界面处的强界面相互作用改善了高温下的稳定性和抗积碳性。

本文要点

1）这项工作证明了在质子导电固体氧化物电解槽中，在环境压力和700°C下，在非氧化脱氢过程中乙烷能有效转化为乙烯。在此电化学催化过程中，即使在0.8 V的条件下，乙烷的转化率高达75.2％和乙烯选择性可达100％。

2）阳极金属-氧化物界面上质子的电化学输运增强了阳极活性，而金属-氧化物界面的相互作用进一步调控了电化学脱氢过程中的乙烷转化率。通过在电极支架上以纳米级分解金属-氧化物界面结构，进一步提高了抗积碳性和催化剂稳定性。

3）他们还提出了在阳极中进行乙烷转化的同时，在阴极中将二氧化碳还原为一氧化碳的方法，并表明乙烷在阳极转化与阴极合成气的合成具有更高的性能。

总之，该工作提出的电化学脱氢方法为清洁能源模式下的石油化工生产和热化学实践提供了一种新的替代工艺。

参考文献：

Xirui Zhang et al. Electrochemical Dehydrogenation of Ethane to Ethylene in a Solid Oxide Electrolyzer. ACS Catalysis, 2020.

DOI: 10.1021/acscatal.9b05409

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b05409