电化学为环氧乙烷和环氧丙烷迎来新契机！

近日，在最新的一期Science，Leow等人以“Chloride-mediated selective electrosynthesis of ethylene and propylene oxides at high current density”为题，发表最新研究成果，提出了环氧乙烷（EO）和环氧丙烷（PO）的电化学路线，实现了合成过程的更清洁、更高效和更具选择性的特点。

该研究工作中，在工业电流密度下，乙烯和丙烯可分别电化学氧化为环氧乙烷和环氧丙烷，其法拉第选择效率约为70%。针对该研究，John L. Barton在同一期上发表观点文章“Electrification of the chemical industry”，对该工作给予了评论。

Leow等人将液流电池与环氧乙烷合成反应结合在一起，实现了C2H2+H2O→C2H2O+H2（见图1）。两个电化学反应驱动了该反应，氯的析出发生在阳极2Cl-→2e-+Cl2，氢的析出发生在阴极2H2O+2e-→H2+2OH-。这些反应并不是特别新颖有趣，但创新之处在于将这两个简单的反应与随后的三个均相化学反应耦合起来。

阳极溶液中的溶解氯分解为盐酸和次氯酸（分别为HCl和HOCl）。后者与乙烯反应生成1-氯2-羟基乙烷（HOCH2CH2Cl），或乙撑氯醇。阴极溶液在氢的析出过程中富含了氢氧化物。当阳极水性乙撑氯醇溶液与碱性阴极溶液混合时，会产生环氧乙烷和氯离子。类似的路线也可以用丙烯生产环氧丙烷。

通过电池设计（例如，改变流速或电极厚度）可以降低能源强度，但电化学反应（Cl2和H2的生成）的配对不太可能使能源强度降低到氯碱工艺以下，因为它与电池电压成比例。为了显著改善能源需求，需要改变电化学工艺来降低电池电压。除了本文分析之外，还有一些更细微的优势，比如减少用水量。

尽管Leow等人报告了这一特别工艺，不太可能是接下来环氧乙烷和环氧丙烷的主要生产途径，但开发替代商用化学品的生产工艺，尤其是引入可再生能源，对于实现更绿色生产是必要的。