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2021年11月12日，國際著名期刊《自然?通訊》（Nature Communications）同期在線發表了西北工業大學化學與化工學院陳凱杰教授和張健教授團隊的研究論文，分別題為“One-step ethylene production from a four component gas mixture by a single physisorbent”、“Efficient electrocatalytic acetylene semihydrogenation by electron–rich metal sites in N–heterocyclic carbene metal complexes”。

乙烯是合成諸多乙烯下游聚合產品過程中重要的化工原料之一。然而，目前乙烯的生產中存在著痕量的雜質乙炔（0.5-3%）難以去除，當前基于貴金屬鈀基催化劑的高溫乙炔去除工藝存在著能耗高，消耗氫氣作為氫源等問題。同時，其它多種雜質（乙烷，二氧化碳）的存在，使得乙烯分離流程過于繁瑣，往往需要三步的高能耗分離工藝。

針對乙烯生產中多種雜質處理困難的問題，2019年陳凱杰教授團隊提出串聯吸附劑分離技術首次實現了乙烷/乙烯/乙炔/二氧化碳四元混合體系中乙烯的一步提純（Science 2019, 366, 241–246）。但使用單一物理吸附劑實現復雜體系的分離仍然具有明顯的工藝優勢（如裝填工藝簡單，放大實驗可行性高）。基于此，團隊通過金屬有機框架材料的精準結構設計，將針對多種雜質氣體的特異性吸附位點，同時嵌入到單一多孔吸附材料內。首次實現了乙烷，乙炔和二氧化碳同時在單一MOFs中的對于乙烯分子的選擇性吸附，進而僅通過一步吸附分離，就能夠實現四元混合體系中聚合物級乙烯的高純制備，為未來新型乙烯分離材料研發和相關工藝優化提供了重要設計思路。

針對乙烯生產中乙炔的去除工藝能耗和成本高等問題，張健教授團隊于2021年7月1日在國際著名期刊《自然?催化》（Nature Catalysis）期刊上發表相關論文，提出采用清潔、安全、簡單且成本較低的電催化技術去除乙烯中的乙炔雜質，并成功將乙炔雜質控制在工業要求的5 ppm以下。然而，受限于水溶液中極低的乙炔溶解度及水相反應中HER（hydrogen evolution reaction）副反應的存在,電催化乙炔半氫反應的活性和選擇性有待進一步提高，并且該反應的機理研究方面尚不明確。基于此，團隊基于具有三相界面的電催化反應體系，以氮雜環卡賓銅配合物為電催化劑，利用氮雜環卡賓對銅的強給電子效應及強金屬親和力，促進了乙炔吸附和乙烯解吸的動力學過程，實現了電催化乙炔半氫化性能的顯著優化。相關實驗結果表明：氮雜環卡賓銅中富電子銅位點可促進乙炔的親電吸附并有助于脫附親核性乙烯，最終有效抑制電催化乙炔半氫化過程中的副反應，表現出優異的半氫化性能。

這兩篇論文的第一作者分別為我校化學與化工學院曹健瑋（2019級碩士生）和張蕾副教授，西北工業大學均為論文第一完成單位，陳凱杰教授和張健教授分別為兩篇論文的第一通訊作者，愛爾蘭利莫瑞克大學Mike Zaworotko教授和西湖大學王濤教授為共同通訊作者。該兩項研究得到了國家自然科學基金、陜西省自然科學基金等項目支持。

論文鏈接為：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-26473-8.pdf

https://www.nature.com/articles/s41467-021-26853-0.pdf