聚酯废料的回收利用是解决环境污染问题和实现资源良性循环的重要途经。在诸多聚酯废料回收方法中,光热催化反应中存在独特的光热局域效应可以实现聚酯废料的高效升级,但目前光热催化聚酯回收仍然面临着许多挑战:催化效率低、催化剂成本高以及稳定性差等,因此,目前研究的首要任务是不断开发具有高催化性能的低成本光热催化剂来实现聚酯塑料的大规模高效升级回收。
近期,苏州大学FUNSOM陈金星与张亮合作,设计了具有独特结构的一体化Co单位点催化剂,在光热催化聚酯化学回收反应中同时实现高催化性能和高光热转化性能。这项工作表明,一体化单位点光热催化剂在聚酯升级回收中具有很大的应用前景。在该工作中,他们选择具有强宽带吸收的商业化CNT作为光吸收剂和载体,并在CNT表面修饰薄层聚多巴胺(PDA),然后通过湿化学浸渍法将Co(OH)2纳米颗粒负载在CNT@PDA表面,最后,在Ar气氛下于400 °C热解。利用Co阳离子和多巴胺上酚羟基之间的强配位作用将Co阳离子锚定在CNT上。通过形成Co-O键来稳定单位点催化剂,从而实现了Co单位点催化剂的制备。通过结构表征,他们发现碳纳米管中负载的Co单位点以不饱和配位的Co-O5形式存在。该工作以“Photothermal Catalytic Polyester Upcycling over Cobalt Single-Site Catalyst”为题发表在《Advanced Functional Materials》上(Adv. Funct. Mater.2022, 2210283, DOI: 10.1002/adfm.202210283)。
图1 Co SSCs结构表征
基于上述实验结果,他们提出了Co SSCs光热催化PET乙二醇解反应机理。首先Co SSCs吸收光生成热,使反应体系升温;随后,高温驱动固态PET溶解于乙二醇中形成均相链状PET;最后,溶解的PET链扩散到Co SSCs表面并与乙二醇发生亲核加成反应,最终得到BHET单体。由于Co SSCs中存在Co-O5配位不饱和单位点,有助于PET链中羰基氧的吸附以及羰基的活化,从而更容易受到乙二醇中氧原子的亲核进攻。
图4 Co SSCs光热催化PET乙二醇解机理
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202210283
通讯作者信息
陈金星,苏州大学功能纳米与软物质研究院副教授。2018年博士毕业于中国科学技术大学化学与材料学院;2016年9月至2018年6月,联合培养博士就读于美国加州大学河滨分校,导师为殷亚东教授,并于2018年7月至2020年12月在美国加州大学河滨分校继续从事博士后研究。2021年2月入职苏州大学,从事光热转换、光热催化、塑料升级回收。目前以第一/通讯作者在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Matter. Acc. Chem. Res., Trend Chem., Nano Lett., ACS Nano, Adv. Funct. Mater., ACS Catal. ACS Energy Lett. 等化学、材料领域高水平期刊上发表40余篇学术论文。
- 苏州大学陈金星、苏州纳米所徐盼盼 Nat. Commun.:“双废”升级回收-废弃钴酸锂光热催化聚酯醇解 2024-04-03
- 长春应化所王献红团队《ACS Macro Lett.》: CO2/环氧化合物“二合一”光热开环共聚策略 2022-07-14
- 苏州大学陈金星团队 Matter:光热催化技术实现聚酯塑料高效升级回收 2022-02-28
- 四川大学李兴亮博士/汪秀丽教授团队 Mater. Horiz.:高性能可化学回收类聚烯烃生物基聚酯材料 2024-11-22
- 同济大学杜建忠/朱云卿团队 Macromolecules:基于空间位阻调控的Tishchenko聚合策略制备高分子量生物基芳香族聚酯 2024-11-22
- 青科大沈勇/李志波教授团队 Angew:有机铝配合物高效催化α-亚甲基-δ-戊内酯开环聚合制备功能化闭环循环聚酯 2024-11-05
- 四川大学陈琳研究员/汪秀丽教授团队 Mater. Horiz.:可化学回收、高透明的阻燃聚碳酸酯 2024-10-25