2025年10月14日，长江大学成人网
薛文杰博士在低碳能源催化转化领域取得重要研究进展，开发了一种新型双极电合成系统，可同步将CO2和生物质废弃物丙酸高效转化为高附加值乙烯。相关研究成果以“Bipolar ethylene electrosynthesis from CO2 and biowaste acid with total faradaic efficiency over 118%”为题，发表于国际顶级学术期刊Nature Communications。该研究不仅为碳中和目标下的化学品绿色合成提供了新范式，更展示了通过电化学集成策略实现废物资源化与能效最大化的巨大潜力。该论文薛文杰博士为第一作者，第一署名单位为长江大学。
内容简述：
乙烯作为现代化学工业的基石，其生产长期依赖化石燃料的高温裂解工艺，该工艺不仅能耗极高，更伴生着每年超过3.66亿吨CO2的排放。虽然生物乙醇催化脱水制乙烯路线提供了可再生路径，但生物质精炼过程仍面临成本高、能耗大及大量生物废酸排放等挑战。在此背景下，电化学CO2还原技术为实现乙烯绿色合成带来了新希望。然而传统电解系统中，与阴极CO2还原配对的阳极反应通常仅生成低价值的氧气，导致整个过程的"电子经济性"低下。
基于此，本研究创新性地开发了双极电合成系统，通过将阴极CO2还原与阳极生物废酸脱羧反应巧妙耦合，实现了在两个电极上同步生产乙烯。研究通过设计纳米多孔铂阳极和钨掺杂氧化铜阴极，构建了可在常温常压下运行的双极电催化系统，实现了阴阳极同步产乙烯，总法拉第效率突破118.7%，并在1000 mA cm−2的大电流密度下仍保持109.8%的高效率，体现了极高的电子经济性。
本研究得到了国家重点研发计划（2021YFA1600800）、国家自然科学基金（22479055）、新能源化学与器件创新引智基地（B21003）、湖南省自然科学基金（2022JJ20084）以及湖南省科技创新计划项目（2023RC3034）的资助。
图文摘要
图 a 可再生能源驱动的双极乙烯电合成系统示意图；b 碱性溶液中丙酸脱羧可能的反应路径；c不同催化剂对丙酸脱羧制乙烯的性能比较
文章链接：//doi.org/10.1038/s41467-025-64649-8
（审核：肖围 编辑：常艳玲）
