太阳能光热催化乙烷串联脱氢环氧化制备环氧乙烷的绿色合成新策略

为解决传统环氧乙烷(EO)生产依赖化石燃料、高能耗高排放的难题，研究人员开发了一种基于太阳能驱动的光热串联反应系统。该系统采用NiLa/BN和Ag基催化剂，通过精确调控光强实现乙烷脱氢(940 K)与乙烯环氧化(540 K)的耦合，在户外阳光下获得60%乙烷转化率和14%EO收率，为绿色化工提供了可规模化解决方案。

　　

这项突破性研究展示了一种颠覆性的化学合成路径——利用太阳光作为唯一能量输入，将廉价乙烷通过两步法高效转化为高附加值环氧乙烷(EO)。研究团队巧妙设计了一套光热双反应器系统：首个反应器中，镍镧/氮化硼(NiLa/BN)催化剂在940 K下将乙烷脱氢为乙烯，展现惊人活性(152 mmol g^?1
h^?1
)；随后通入氧气的第二反应器里，银基催化剂在540 K下将乙烯选择性环氧化。

最令人振奋的是，这个"太阳能化工厂"在真实户外环境中依然稳定运行，通过调节光强精确控制两个反应区的温度窗口。虽然当前EO选择性(14%)仍有提升空间，但该系统已实现60%的乙烷转化率，且完全规避传统工艺的碳排放问题。这种模块化设计犹如"光合作用"的工业版本，将太阳光子直接转化为化学键能，为聚合物原料生产开辟了碳中和新赛道。研究还揭示，氮化硼载体独特的导热性对维持催化剂高温稳定性至关重要，而银活性位点的电子结构调控是控制环氧选择性的关键开关。