一、【科学背景】
丙烯是生产塑料、化纤等的重要化工原料，全球需求量巨大，而丙烷脱氢制丙烯（PDH）是主流方法，页岩气的普及也让丙烷原料更充足，不过传统的热催化 PDH 技术问题很多，这也成了科研的难点。
传统方法得在 550-600 ℃高温下进行，不仅要消耗大量能量、排放大量二氧化碳，高温还会让催化剂结焦失效，需要频繁再生，增加了生产难度和成本；而且反应后会产生丙烷、氢气等杂质，要靠高能耗的深冷工艺才能分离出纯丙烯，进一步拉高了生产成本。
为了解决这些问题，科研人员尝试用电催化法做 PDH，能在常温下反应，从根源上减少结焦和能耗，但这一方法的核心难点在于：以往用电催化活化丙烷时，产物多是丙酮、二氧化碳等副产物，丙烯的选择性极低，而且反应电流密度小、催化活性差，反应物和催化剂的相互作用也弱，丙烷转化效率不高。 此外，想要实现电催化 PDH 的高效进行，还得解决关键的技术难点：如何找到合适的反应路径，让丙烷定向脱氢生成丙烯而非其他副产物；如何稳定生成能选择性活化丙烷的活性物质，同时保证其与丙烷高效接触；还要研发出能长期保持高活性、高选择性的催化剂，这些都是此前研究中未能突破的难题。
二、【创新成果】
为解决上述问题，香港城市大学楼雄文教授，杨嘉睿研究助理教授和清华大学王定胜教授等人开发出溴介导、基于自组装 IL-SnO2空心球电催化剂的电化学丙烷脱氢技术，实现了常温下高效、高选择性、长稳定性制丙烯的突破。其摒弃了传统热催化高温高能耗的模式，能在常温下完成丙烷脱氢，从根源上解决了热催化易结焦、产物分离难的痛点，也攻克了传统电催化丙烷脱氢选择性低、催化活性差的核心难题，实现了> 98%的丙烯选择性、>99%的产物纯度，且能在 800 mA/cm2 工业级电流密度下稳定运行6000 h。同时该催化剂实现了电子结构与界面性质的精准调控，让丙烯选择性和产物纯度大幅提升，且具备优异的长期稳定性，验证了电化学丙烷脱氢的工业化可行性，为低碳烷烃定向转化提供了全新工业化思路。该成果以“Bromine-mediated electrochemical propane dehydrogenation by self-assembled ionic liquid-SnO2 hollow spheres ”为题发表在国际学术期刊《Science》。
图 1. IL-SnO2的表征 © 2026 AAAS
图 2. IL-SnO2在H型电解池中的电化学性能表征 © 2026 AAAS
图 3. IL-SnO2在流动池中的电化学性能表征 © 2026 AAAS
图 4. 流动池体系的长期稳定性 © 2026 AAAS
三、【科学启迪】
这项研究实现了温和条件下烷烃定向脱氢的技术突破，证实了卤素介导的电催化路径可高效解决传统烷烃活化选择性低的难题，溴自由基的可控生成与利用，为C-H键的定向活化提供了新的反应模式，突破了电催化烷烃脱氢的路径瓶颈。同时，通过离子液体对金属氧化物的改性，实现了催化剂电子结构与界面性质的精准调控，证明了界面疏水工程与电子缺陷位点构建相结合，能同步提升催化活性、选择性与稳定性，为高效电催化剂的设计提供了通用策略。此外，将气扩散电极与膜电极组件应用于丙烷脱氢，实现了从基础研究到工业级电流密度的转化，验证了电催化烷烃转化的工业化可行性，也为其他低碳烷烃的定向转化提供了可借鉴的技术范式，推动了电催化技术在化工生产中的实际应用。
原文链接：Jiarui Yang et al. , Bromine-mediated electrochemical propane dehydrogenation by self-assembled ionic liquid-SnO2 hollow spheres. Science 392,87-92 (2026).
