在碱性条件下电氧化聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衍生的乙二醇(EG)生产高价值化学品为缓解环境污染问题提供了一条可持续的途径。在目前的研究中,Pt族贵金属因其优异的电催化性能和在乙二醇氧化(EGOR)中的高催化活性而被广泛关注。然而,这些催化剂在长期操作过程中往往吸附羰基中间体,导致催化剂逐渐失活。此外,由于EGOR中涉及的非选择性官能团氧化和C-C键断裂等复杂且不可控的氧化过程,使得催化选择性降低。因此,选择性氧化EG分子中两个相同的羟甲基之一,同时避免C-C键过氧化是一个重大挑战。
近日,同济大学陈作锋和汪建营等提出了一种由Pt纳米粒子修饰的Ni(OH)2纳米片催化剂(Pt-Ni(OH)2/NF),用于选择性电重整废PET衍生的EG制备高附加值的乙醇酸(GA)产品。 实验结果表明,对于EGOR反应,Pt-Ni(OH)2/NF电催化剂仅需0.69 VRHE的电位就能达到100 mA cm−2的电流密度,在1.0 V下GA的法拉第效率高达93%;此外,Pt-Ni(OH)2/NF经过5次循环电解后,GA的法拉第效率仍保持在90%以上,且反应后材料的形貌和结构几乎未发生变化,表明Pt-Ni(OH)2/NF具有优异的EGOR稳定性。
原位/准原位光谱表征和密度泛函理论(DFT)计算表明,Pt-Ni(OH)2中富含•OH物种,使得活性Pt位点在EGOR期间不易被吸附的羰基中间体氧化而中毒;同时,Pt-Ni(OH)2的深d带中心和Pt与Ni(OH)2之间的强电子相互作用促进了GA从Pt表面脱附,避免了GA的过氧化或C-C 键断裂,确保了EGOR活性、选择性和稳定性的提高。 此外,研究人员利用Pt-Ni(OH)2/NF作为电极组装了EGOR与析氢反应(HER)或氧还原反应(ORR)耦合的电解槽,它可以实现PET的高附加值化,同时产生氢气和电能,这为废PET塑料的回收利用提供了一个有效的解决方案。
Electro-reforming of PET plastic to C2 chemicals with concurrent generation of hydrogen and electric energy. ACS Catalysis, 2024. DOI: 10.1021/acscatal.4c00370