近年来，塑料污染的不断加剧不仅使地球生态环境面临危机，更是一种宝贵资源的流失浪费。大多数塑料制品由化石燃料合成的，据预测，如果全球塑料废料全部回收利用，每年可节省35亿桶石油（约合1760亿美元）。然而，由于当前人类对于废物管理缺乏合理认识，且由于聚合物产品的具有化学成分复杂和尺寸多样性等特点，回收利用受到很大限制。即使对于一些可回收利用的塑料，回收加工过程也存在局限性，例如，全球只有7%的回收聚对苯二甲酸乙二酯（PET）瓶被重新铸造为瓶子。且聚合物在多次循环使用后性能大大下降，难以满足实际需求。此外，对于各种各样的塑料废料，将其最终转化为有价值的产品是迫切需要的。随着研究的不断深入，科学家发现可利用光催化反应，即利用聚合物底物作为电子供体，在光照下促进激活光催化剂，随后光生电子转移至助催化剂，进一步将水转化为氢气，而聚合物本身在此过程后降解为有机小分子。该氢气生产技术不同于现有技术，如化石燃料的蒸汽重整或将塑料转化为石油的热分解方法，在常温常压下进行，且阳光作为其唯一的能量源，较为绿色环保。但目前广泛采用的塑料降解催化剂一般为价格高昂的TiO2/Pt催化剂和毒性较大的CdS/CdOx量子点，对于开发无毒廉价的催化剂用于高效降解塑料产氢仍有待进一步的研究。
基于此背景，近日，英国剑桥大学的Erwin Reisner教授团队在化学学科顶级刊物《Journal of The American Chemical Society》上发表了名“Photoreforming of Nonrecyclable Plastic Waste over a Carbon Nitride/Nickel Phosphide Catalyst”的论文。研究者制备了由氰胺功能化氮化碳（CNX）与磷化镍（Ni2P）组成的高性能催化剂。其中，氮化碳是一种无毒、价廉的光催化剂，氰胺改性后提高了其光催化效，使其能带间隙降低至2.7 eV，允许可见光吸收与激发，此外，Ni2P在碱性环境中可还原水分子产生H2。研究者利用CNX/Ni2P催化剂可以在碱性光照条件于聚对苯二甲酸乙二酯（PET）和聚乳酸（PLA）底物上制备H2和有机化学品,包括醋酸盐，甲酸盐和乙二醛等，其光化学过程如图1所示。研究者进一步研究了在不同碱溶液浓度，底物的条件下催化剂的产氢性能，如表1所示，结果表明，在1 M碱溶液中，无论是在PET还是PLA底物体系中，CNX/Ni2P均超越了常用的TiO2/Pt催化剂，此外，在1 M碱溶液，PLA底物体系中，其催化性能超越了CdS/CdOx催化剂。对于PET底物，CNX/Ni2P的最大产氢量为111 μmol g−1 ；对于PLA底物，CNX/Ni2P的最大产氢量为211 μmol g−1。研究者还探讨了底物形貌对于产氢性能的影响，如图2(a)所示，显然，PET纳米纤维与催化剂接触面积更大，其产氢性能最佳。通过进一步组装间歇反应器跟踪长期产氢过程，反应器工作5天仍能保持稳定的产氢性能。 
图2. (a) 不同底物形态长期光催化产氢过程；(b) PET纳米纤维为底物的长期产氢行为跟踪；(c) 间歇式反应器.该研究工作通过制备一种无毒廉价的催化剂CNX/Ni2P，可用于光催化降解废弃塑料，同时高效连续产氢，为未来消除塑料污染，制备可再生氢气能源提供了一种全新的方法与途径。https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b06872
来源：高分子科学前沿
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