乙烯是化工行业中使用最广泛的化学品之一，它构成了很多日常用品的基本成分。乙烯的传统生产方法主要是通过化石燃料驱动的乙烷蒸汽裂解进行，这种方法不仅能耗高，而且碳排放量大。为了解决这一问题，研究者们发展了氧化脱氢技术。这种技术具有良好的热力学和抗焦化性能，但与此同时，乙烷会过度氧化为一氧化碳和二氧化碳，抑制了乙烯的选择性。非氧化脱氢提供了另一种方案，它能够一步生成乙烯和氢气，避免了对化石燃料原料的依赖以及传统蒸汽裂解中产生的碳足迹，但这一过程所需温度很高（550-700°C），且耗能巨大。针对以上挑战，利用太阳能驱动乙烷转化为乙烯的新方法应运而生。这种方法不仅副产物只有氢气，并且可以在常温条件下运行，为乙烯的生产提供了可再生且环保的途径。
最近，18新利体育 功能纳米与软物质研究院的张晓宏教授、何乐教授，联合多伦多大学的 Geoffrey A. Ozin 教授开发了一种铜掺杂钙钛矿（LaMn1-xCuxO3）催化剂，并证明了这种催化剂在光催化非氧化反应中的卓越性能，能够高选择性地将乙烷转化为乙烯。该钙钛矿氧化物中的 Mn(III) 和 Mn(IV)以及O(-II)和 OH(-I) 可形成表面受限路易斯酸碱对（SFLPs），在光催化乙烷脱氢中起到了关键性作用。通过调控这些位点的相对比例，能够显著优化乙烷脱氢的活性及选择性，仅依靠光照且无外部加热条件下，乙烯的最高生成速率和转化率分别达到约1.1mmol g-1 h-1和4.9%。简单的户外测试进一步证实了光催化太阳能制乙烯的可行性。此外，研究团队还进行了经济效益分析，结果显示，利用LED提供24小时全天候的光照，能够克服太阳光照间歇性和光强度波动的问题，从而在工业规模上实现经济潜力，为传统的基于化石燃料的乙烯生产路线提供了经济可行、节能、低碳的替代方案。相关成果已在期刊Nature Energy上发表（DOI: 10.1038/s41560-024-01541-7）。
图1. 光催化乙烷产乙烯性能
文章网址：https://www.nature.com/articles/s41560-024-01541-7
文章题目：Ethylene production via photocatalytic dehydrogenation of ethane using LaMn1−xCuxO3
作者信息：Rui Song, Guanshu Zhao, Juan Manuel Restrepo-Flórez, Camilo J. Viasus Pérez, Zhijie Chen, Chaoqian Ai, Andrew Wang, Dengwei Jing, Athanasios A. Tountas, Jiuli Guo, Chengliang Mao, Chaoran Li, Jiahui Shen, Guangming Cai, Chenyue Qiu, Jessica Ye, Yubin Fu, Chistos T. Maravelias, Lu Wang, Junchuan Sun, Yang-Fan Xu, Zhao Li, Joel Yi Yang Loh, Nhat Truong Nguyen, Le He*, Xiaohong Zhang* & Geoffrey A. Ozin*
责任编辑：郭佳