摘要：全球PET塑料年产量高达7亿吨，酯键丰富、分子量高的PET回收利用率低，造成严重的环境污染和资源浪费。PET可通过碱性水解为乙二醇（EG）和对苯二甲酸（PTA），其中EG能通过阳极乙二醇氧化反应（EGOR）的C1和C2路径转化为高附加值的甲酸（FA）和乙醇酸（

全球PET塑料年产量高达7亿吨，酯键丰富、分子量高的PET回收利用率低，造成严重的环境污染和资源浪费。PET可通过碱性水解为乙二醇（EG）和对苯二甲酸（PTA），其中EG能通过阳极乙二醇氧化反应（EGOR）的C1和C2路径转化为高附加值的甲酸（FA）和乙醇酸（GA）。然而，GA的生成仍需依赖高成本的贵金属催化剂（Pt和Pd等）来精准调控反应途径，难以实现大规模的工业应用。EGOR生成FA的催化剂仅需要克服EGOR中较高的C-C键断裂能，能够避免高成本贵金属对工业应用的限制。通常，EGOR中间体乙二醛的生成和吸附被认为是提高C1途径的选择性和抑制乙醇酸生成Cannizzaro副反应的关键步骤。因此，精准调控反应物和乙二醛中间体在催化剂表面的吸附对高选择性EGOR生成FA至关重要。

为解决上述问题，武汉工程大学杨欢/江学良团队、华中科技大学夏宝玉报道了一种基于酵母的模板和磷源特性制备双金属磷化物@生物碳催化剂的新方法，实现PET塑料高选择性升级为甲酸和氢气。该成果以Yeast Inherited Phosphide/Bio-Carbon for Controllable Polyethylene Terephthalate Upcycling为题发表在《Advanced Functional Materials》上。

图1 EGOR的路径示意图和理论计算

采用理论计算和实验相结合的方法，揭示了EGOR C1过程中关键中间体*CHO-CHO的作用以及P在促进过渡金属磷化物表面羟基化重构中的作用机制。研究团队通过理论计算表明，在碱性条件下，Co2P的P 3p轨道与Co 3d轨道杂化较弱，其Co-P键弱于Co3O4中的Co-O键，且P的电子离域化程度更高，使Co2P更易在碱性条件下发生重构，形成催化活性更高的羟基氧化物。在此基础上，进一步引入Fe，发现Fe2P-Co2P-CoFeOOH的决速步为CH₂OH-CH₂OH的吸附，其与中间体的相互作用更强，电子转移效率更高。

图2 制备示意图及成分形貌表征

酵母的细胞壁富含碳、氮、磷等元素，表面丰富的官能团能吸附金属离子。以吸附Co2+的酵母为模板，通过水热-煅烧工艺合成了一种双金属磷化物@生物碳催化剂（Fe2P-Co2P@Cmp），构筑的Fe2P-Co2P@Cmp具有丰富的介孔结构，且Co2P纳米粒子均匀分散在酵母球体的内壁和外壳上。

图3 电化学性能图

与同类型催化剂相比，Fe2P-Co2P@Cmp催化剂展现出优异的EGOR性能（1.25 V vs. RHE @10 mA cm-2），在1.35 V下甲酸的法拉第效率可达99.1%。Fe2P-Co2P@Cmp仅需1.76 V@500 mA cm-2实现PET水解液EGOR耦合析氢反应，并且能在500 mA cm-2的高电流密度下稳定电解超过240小时。

总结：在这项工作中，作者利用理论计算和实验揭示了P在促进过渡金属磷化物表面重构方面的作用，这为引入生物模板策略合成双功能Fe2P-Co2P@Cmp预催化剂提供了有效指导。构筑的Fe2P-Co2P@Cmp催化剂在PET水解产物中表现出优异的EGOR//HER活性和稳定性，可以在工业级电流密度下稳定工作240 h。金属-载体的界面效应和介孔碳的限域效应加速了活性位点和载体之间的界面电子转移，有利于*OH和乙二醛的吸附，从而实现了FA的高选择性和EGOR的高催化活性。这项工作提出了构建高效PET回收升级催化剂的新策略，对生物学和清洁能源转化技术的可持续发展具有重要意义。

文章链接：

声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！

来源：苗苗聊科学