単一原子触媒による高効率エチレン電気触媒酸化を実現(Single-Atom Catalyst Enables High-Efficiency Electrocatalytic Ethylene Epoxidation)

2026-04-09 中国科学院(CAS)

本研究は、エチレンオキシド(EO)の低炭素製造を目指し、電気化学的エポキシ化の高効率化を達成した成果である。従来の銀触媒法は高温高圧条件でエネルギー消費とCO2排出が大きく、選択性と転化率の両立が課題だった。中国科学院大連化学物理研究所と復旦大学の研究チームは、パラジウム酸化物(PdO)担体上に白金単原子を固定した触媒を開発し、反応性酸素種であるスーパーオキソ種の生成を促進。これによりEOの選択的生成が向上し、ファラデー効率74%を達成した。さらに大型電解装置での実証にも成功し、実用化の可能性を示した。特に電解質中の過塩素酸イオンとの相乗効果が重要であり、持続可能な有機合成への応用が期待される。

<関連情報>

直接電気触媒によるエチレンエポキシ化のための単原子Pt安定化スーパーオキソ種 Single Atom Pt-Stabilized Superoxo Species for Direct Electrocatalytic Ethylene Epoxidation

Hanyu WangTianfu Liu,Yanpeng Song,Yang Zhao,Pengfei Wei,Yi Wang,Jing Xue,Jiatai Zhao,Yaqi Wang,Xiaozhi Su,Dunfeng Gao,Guoxiong Wang,and Xinhe Bao
Journal of the American Chemistry Society  Publishe March 30, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.6c01386

Abstract

単一原子触媒による高効率エチレン電気触媒酸化を実現(Single-Atom Catalyst Enables High-Efficiency Electrocatalytic Ethylene Epoxidation)

Renewable energy-driven electrosynthesis of ethylene oxide (EO) from ethylene is highly desired, as it is a low-carbon alternative to current industrial production process. The direct electrocatalytic ethylene epoxidation with water as a green oxidant is promising, yet it suffers from the activity-selectivity trade-off due to uncontrolled overoxidation. Here we construct PdO supported Pt single atoms to generate superoxo species as reactive oxygen species (ROS) and accelerate selective oxidation of ethylene. This catalyst design enables efficient EO production in a zero-gap membrane electrode assembly electrolyzer, with a partial current density of 71 mA cm–2 at a low cell voltage of 2.6 V. Furthermore, a scale-up demonstration using a 100 cm2 electrolyzer achieves a remarkable EO production rate of 6.4 g h–1 at a total current of 15 A. Thorough in situ spectroscopic characterizations and theoretical calculations indicate that the Pt single atoms, in synergy with ClO4 anions present in electrolyte, enable facile generation of abundant superoxo species and accelerated epoxidation of ethylene that is activated by the PdO support. This work highlights the importance of generating and stabilizing specific ROS for selective oxidation of organic molecules.

0500化学一般
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