L'éthylène est traditionnellement obtenu par vapocraquage d'hydrocarbures dérivés du pétrole. Récemment, la semi-hydrogénation de l’acétylène dérivé du charbon est apparue comme une alternative pour produire de l’éthylène. En particulier, la semi-hydrogénation électrocatalytique de l’acétylène (EASH) est avantageuse car elle repose sur des énergies renouvelables et génère de faibles émissions de carbone.
Cependant, l’application pratique de l’électrosynthèse de l’éthylène via EASH a été entravée par la lenteur de la réaction, la sélectivité limitée de l’éthylène et la faible efficacité énergétique. En outre, les études se sont principalement concentrées sur le réglage des sites actifs catalytiques à l’échelle nanométrique et atomique, et le rôle critique du transport de masse mésoscopique au sein des électrodes a souvent été négligé.
Dans une étude publiée dans Angewandte Chemie International Editionune équipe de recherche dirigée par les professeurs Bao Xinhe et Gao Dunfeng de l'Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l'Académie chinoise des sciences a réalisé l'électrosynthèse de l'éthylène à partir de l'acétylène à une densité de courant de l'ordre de l'ampère en favorisant le transport de masse interparticulaire.
Les chercheurs ont démontré quantitativement le rôle crucial du transport de masse interparticulaire au sein de la couche catalytique d’une électrode à diffusion gazeuse. En augmentant la distance moyenne entre les particules des cubes de Cu, ils ont amélioré l’adsorption de l’acétylène et la désorption de l’éthylène, conduisant ainsi à des performances EASH améliorées.
L'électrode cubique de Cu avec une grande distance interparticulaire moyenne de 265 nm présentait un rendement faradique en éthylène de 97,4 % à une densité de courant de 1,0 A cm.−2 et une densité de courant partiel d'éthylène maximale de 1,5 A cm−2 dans un électrolyseur à ensemble électrode à membrane alcaline.
De plus, les chercheurs ont révélé que l’augmentation de la distance interparticulaire des cubes de Cu favorisait efficacement le transport de masse, permettant ainsi une électrosynthèse efficace de l’éthylène dans des conditions industriellement pertinentes.
« Notre étude démontre le rôle clé du transport de masse mésoscopique dans l'électrocatalyse. Ce facteur doit être pris en compte lors de la conception de systèmes électrocatalytiques hautes performances », a déclaré le professeur Gao.
