聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料污染严重威胁生态环境及碳资源的巨大浪费。废旧PET的回收利用已成为一项紧迫的科学和社会问题。将废弃PET塑料资源回收或升级为增值化学品，对实现碳中和目标具有重要意义。电化学重整策略提供了一种可持续且有吸引力的途径，可以在碱性介质中直接将PET衍生的EG升级循环为增值精细化学品。利用电子作为清洁绿色试剂，以可再生电能为驱动力的电解水制氢耦合催化氧化技术为实现废塑料的高值转化提供了一条绿色新途径，在制备高附加值化学品的同时联产绿氢。然而，目前电催化乙二醇氧化的产物仍以C-C键断裂的甲酸（C1产物）为主，经济附加值较低。C2产物乙醇酸（GA）是一种重要的化学产品，因此，与完全氧化相比，将乙二醇选择性的氧化为特定的高价值C2产物更有意义，且更具挑战性。近日，同济大学陈作锋团队提出了一种低电位选择性氧化策略，用于在铂纳米颗粒负载的氢氧化镍纳米片（Pt-Ni(OH)2/NF）催化剂上将PET水解的乙二醇（EG）组分选择性升级为增值的乙醇酸（GA），并以93%的高法拉第效率实现优异的乙二醇氧化反应（EGOR）。原位红外光谱识别了EGOR过程中的关键反应中间体，并合理提出了C2产物的反应路径。密度泛函理论（DFT）计算表明Pt-Ni(OH)2的较负的d带中心以及Pt和Ni(OH)2界面处的强电子相互作用促进了GA从Pt活性位点的解吸，阻止了GA的过氧化或C-C键断裂。Ni(OH)2可以产生活性氧物种，从而有效去除吸附的有毒*CO中间体，提高催化醇电化学氧化稳定性。此外，该团队将阳极EGOR与阴极HER或ORR相结合，构建了新型共电解装置体系，不仅实现了PET向高价值C2产品的升级循环，还实现了H2燃料生产或持续电能输出，实现了电解体系中电子和原子在增值转化中的有效利用。这项工作为PET废塑料电重整与绿氢产生和电能输出的有效耦合提供了一种有前途的策略。图1. Pt-Ni(OH)2/NF催化剂的SEM图像的形貌和结构表征图3. Pt-Ni(OH)2/NF在乙二醇氧化反应中的原位红外表征及DFT理论计算由于EG可以在较低的电位下发生氧化，与ORR耦合，可构建乙二醇燃料电池，并在夜间以输出电能。同时，PET塑料衍生的乙二醇组分被转化为增值的精细化学品，并被收集和分离以供进一步使用这种新型液流电池系统可以在白天由间歇性太阳能驱动，用于H2生产和PET回收。随后，对于PET增值循环且同时产生稳定的电能目标，其可以在夜间由乙二醇燃料电池实现。该全天候的共电解体系展示出有吸引力的潜在应用价值。刘璇，同济大学化学科学与工程学院2020级博士研究生，导师为陈作锋教授，研究方向为有机小分子氧化耦合阴极化学燃料制备及电催化机理研究。陈作锋，同济大学教授，博士生导师，国家海外高层次青年人才，2014 年加入同济大学化学科学与工程学院。目前主要从事能源与环境相关过程的电催化、光催化及新型光电功能材料等课题的研究。在Proc. Natl. Acad. Sci., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem Int. Ed., Adv. Mater. 等期刊发表SCI论文约150篇，论文他引7000余次，H 因子49；申请专利25项（已授权14项）。Electro-Reforming of PET Plastic to C2 Chemicals with Concurrent Generation of Hydrogen and Electric Energy. ACS Catal 2024, 14, 5366-5376. DOI: 10.1021/acscatal.4c00370.
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