乙烯作为石油化工产业的核心原料，主要通过石油脑蒸汽裂解获得，这一方式面临资源枯竭与高碳排放的双重制约。电催化乙炔半加氢通过转化煤基乙炔为乙烯，展现出经济环保潜力。其中，铜基催化材料通过活性位点设计提升了乙烯选择性，然而现行流动池体系在高电流密度下存在内阻高、电解液渗漏等问题，限制了其能效与规模化应用。虽然无阴极电解液的膜电极系统能够突破这些限制，现有催化剂的性能和耐久性仍未达到实际应用要求。铜基分子催化剂具备精确结构的活性位点和分子功能，在提升膜电极系统电催化性能方面具有巨大潜力。然而，目前的单一活性位点催化剂难以兼顾高选择性与低过电位，因此亟需发展一种兼具精准路径调控、动力学协同加速和微环境优化的杂化活性位点策略，以突破安培级电流下选择性与能效的瓶颈，从而推动膜电极体系的实际应用。 近期，西北工业大学张宝亮教授和张蕾副教授团队构筑了一种能够整合开放铜活性位点与氮杂卡宾位点的铜基配位聚合物（CuBcpi-BuOK），这些杂化活性位点赋予该配位聚合物优良的乙炔亲和性、对电解液的疏水性，以及易于接近的铜位点等特性。在膜电极体系中，无论是使用纯乙炔流还是15%的模拟煤基乙炔流作为进料气，铜基配位聚合物CuBcpi-BuOK均表现出优异的乙炔半加氢性能，其乙烯法拉第效率、选择性、能量转化效率、乙炔转化率以及稳定性等性能指标均优于现有的分子催化材料。机理研究表明，CuBcpi-BuOK不仅通过引入氮杂环卡宾位点提升了开放铜位点的反应动力学，还利用杂化位点构建了有利的反应微环境，从而在能量上促进了乙炔的吸附及乙烯中间体的形成，实现了在膜电极系统中以安培级电流密度高效合成乙烯的目标。
图1 CuBcpi-BuOK催化材料的合成与表征
图2 膜电极乙炔半加氢性能结果 图3 催化机理探究 论文信息 Hybrid Active Sites in Coordination Polymers Enable Ampere-level Acetylene Semihydrogenation in Membrane Electrode Assembly Systems Lei Zhang, Kun Ni, Pengfei Gao, Lingfeng Tang, Ran Du, Qian Ren, Qikui Fan, Chunlin Chen, Kun Ma, Sifei Zhuo, Baoliang Zhang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202509501
