以水（H₂O）为氢源的电催化煤基乙炔（C₂H₂）半加氢制备乙烯（C₂H₄, ESAE）是一种温和的替代石油依赖生产C₂H₄的方法。银（Ag）基催化剂已被证明在抑制副产物1,3-丁二烯方面非常有效，从而在ESAE过程中实现了高选择性和耐久性。然而，Ag基催化剂的C₂H₂加氢动力学偏低、C₂H₄偏电流仍有待提高。

对H₂O为氢源进行电催化加氢反应来说，促进H₂O解离，生成足够的活性氢物种（*H）是提高加氢动力学的一个关键步骤，但过量的*H则会加剧析氢副反应的竞争。影响水为氢源的电催化乙炔加氢反应过电位的因素仍不清楚。据报道，不同暴露晶面的Ag催化剂表现出不同的H₂O解离能力，同时晶面与反应物的吸附/活化之间也存在强关联性。因此，探索Ag在ESAE过程中的晶面依赖催化行为对促进加氢动力学和提升C₂H₄生成速率具有重要意义。

近日，天津大学赵博航副教授和张兵教授设计了选择性暴露（111）晶面的Ag纳米板和选择性暴露（100）晶面的Ag纳米立方用于ESAE性能评估，建立了ESAE过程中的晶面-活性关系，研究了ESAE过程中反应动力学机制，实现了C₂H₂向C₂H₄的高效转化。

机理研究表明，ESAE过程涉及H₂O裂解和随后的C₂H₂加氢，其中乙炔的晶面特异性吸附/活化是提升C₂H₄电合成动力学的关键因素。此外，理论计算和实验证实，Ag（100）晶面上增强的π共轭作用导致C₂H₂分子中π电子的去局域化是其加氢动力学提升的内在原因。

在该工作中，具有（100）优势晶面的Ag纳米立方电催化剂实现了−1.5 V vs. RHE下337 mA cm⁻²的C₂H₄偏电流密度。不仅提高了非石油C₂H₄电合成的加氢动力学，还为后续催化剂设计提供了机制见解。

Promoting the Kinetics of Ethylene Electrosynthesis via the Facet-Dependent Activation of Acetylene over Silver Catalysts

Boqiang Miao, Fanpeng Chen, Chuanqi Cheng, Prof. Minli Tao, Dr. Bo-Hang Zhao, Prof. Bin Zhang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202502757