相比于傳統熱催化反應，直接的電化學乙烯制備乙二醇（C2H4-to-EG）是具有前景的降低石油消耗以及CO2消耗的路線。通過電化學沉積法制備的Pd催化劑展示前景，但是其表現非常低的乙二醇電流密度（<4 mA cm-2），低法拉第效率（<60 %），低產量（<10 μmol h-1），這些問題阻礙電催化還原乙烯制備乙二醇技術的部署。
有鑒于此，清華大學段昊泓副教授、李必杰副教授等報道一種擔載于高比表面積氣體擴散電極之上的納米樹突（nanodendrite）Pd催化劑。
本文要點：
（1）
這種納米樹突Pd催化劑擔載于高比表面積氣體擴散電極上，實現了高EG電流密度（12 mA cm-2），高產量（227 μmol h-1），但是較低的法拉第效率（65 %）。通過修飾Cl-離子，法拉第效率提升至92 %，EG電流密度增至18 mA cm-2，產量增至~340 μmol h-1。
（2）
實驗結果表明Cl-的強吸電子效應降低原位生成Pd-OH的氧化能力，阻礙EG過度氧化生成羥基乙醛（glycol aldehyde）。并且，Cl-影響EG吸附結構，將EG吸附結構從平行配位或雙位點配位變成垂直方向和單位點方式配位。因此，阻止EG分子切斷C-C化學鍵生成CO2。此外，Cl-吸附促進產生Pd-OH活性物種，改善催化反應活性。
這項工作展示了表面離子修飾對于改善電催化C2H4-to-EG轉化反應的催化活性和選擇性的前景，為開發各種各樣的高附加值電化學化學品合成技術提供幫助。
參考文獻
An-Zhen Li, Xiongbo Wang, Shuwei Li, Bo-Jun Yuan, Xi Wang, Ruo-Pu Li, Liang Zhang, Bi-Jie Li*, and Haohong Duan*, Direct Electrooxidation of Ethylene to Ethylene Glycol over 90% Faradaic Efficiency Enabled by Cl– Modification of the Pd Surface, J. Am. Chem. Soc. 2025
DOI: 10.1021/jacs.4c18345
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c18345
