自20世紀50年代以來，塑料因其生產成本低、具有多種特性，已成為人類文明中不可或缺的物品。聚對苯二甲酸乙二酯(PET)約占塑料的10%，全球每年生產約7000萬噸。遺憾的是，大多數的PET被丟棄、填埋或焚燒，這不僅危害生態(tài)環(huán)境，也浪費了自然資源。因此，廢舊PET的回收利用已成為了一項迫切的科學和社會挑戰(zhàn)。
目前，大約90%的PET回收是機械回收，回收的材料與原始的PET相比性能有所下降。為了解決這一問題，人們在化學回收方面做了大量的努力。遺憾的是，目前的這些策略仍然存在高能耗、低效率和復雜的工藝流程，極大地限制了它們的適用性。因此，迫切需要開發(fā)新的方法來回收廢舊PET。
基于此，中國科學院理化技術研究所石睿和陳勇(共同通訊)等人利用Ni(OH)2/NF電催化重整PET衍生的乙二醇(EG)生成甲酸鹽，即使在工業(yè)電流密度下(>500 mA cm-2，1.60 VRHE)，催化劑的法拉第效率和選擇性也大于90%。
本文以Ni(OH)2/NF作為工作電極，采用標準的三電極體系研究了其在堿性電解質中的電催化性能，系統地評價了Ni(OH)2/NF的OER和EGOR性能。在沒有EG的情況下，Ni2P/NF和Ni2P-LDH/NF表現出更好的OER性能，這是由于其較小的Tafel斜率和降低的電荷轉移電阻。
加入EG后，Ni(OH)2/NF則表現出最優(yōu)異的EGOR活性，起始電位向1.25 VRHE偏移。值得注意的是，在電流密度為100 mA cm-2時，催化劑的EGOR和OER之間的電位差為430 mV，這意味著通過抑制OER可以實現較大的電流密度。
此外，當使用PET水解物進行LSV測試時，得到的電流密度與在商業(yè)EG中相比略有下降，這可能是由于PET的不完全水解。與這些典型的催化劑和文獻中報道的最先進的催化劑相比，Ni(OH)2/NF在大電流密度下實現高法拉第效率方面具有較大的潛力。隨后，本文利用計時電位法測試了催化劑的拉第效率。
令人興奮的是，Ni(OH)2/NF在超過500 mA cm-2的工業(yè)規(guī)模電流密度下，顯示出最高的法拉第效率(93.2%)和甲酸鹽產率(3.48 mmol cm-2 h-1)?；谏鲜鼋Y果可以得知，Ni(OH)2/NF的EGOR活性優(yōu)于上述所有催化劑。
為了闡明催化劑的EGOR與OER相比具有顯著增強的催化活性，本文進行了原位電化學拉曼測試。當電位不足以驅動EGOR(≤1.20 VRHE)時，未觀察到明顯的拉曼特征峰。當施加的電位超過1.30 VRHE時，可以在~474和558 cm-1處觀察到NiOOH信號，分別對應于Ni-O的彎曲和拉伸振動，這是由Ni(OH)2轉換為NiOOH。
隨著電位的增加，雙峰強度增加，這與EGOR的LSV電流密度的急劇增長相一致。此外，當電位降至開路電位(OCP)時，NiOOH的拉曼振動消失。這些結果表明，原位形成的NiOOH與EGOR呈正相關。
在這項工作中，本文通過原位電化學拉曼光譜進一步證明了NiOOH對EGOR的協同貢獻。根據文獻報道還可以得知，NiOOH同時也是OER的活性物質，然而OER的NiOOH峰值強度遠遠小于EGOR，這表明OER產生的NiOOH量很小。根據間接氧化機理，EG的氧化消耗NiOOH并形成Ni(OH)2，從而需要更多的電流將Ni(OH)2氧化為NiOOH。NiOOH的大量產生導致EGOR的電流密度更大，這是一個協同促進的過程。
變溫原位電化學拉曼光譜顯示，與H-Ni(OH)2/NF相比，Ni(OH)2/NF生成NiOOH的表觀活化能更低，這更有利于EG的氧化。本文的工作不僅為廢PET的電催化重整開發(fā)了一種優(yōu)良的電催化劑，而且為回收的廢PET的工業(yè)應用提供了一個新的視角。
Selective Electrocatalytic Reforming of PET-derived Ethylene Glycol to Formate with a Faraday Efficiency of 93.2% at Industrial-level Current Densities, Chemical Engineering Journal, 2023, DOI: 10.1016/j.cej.2023.145292.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145292.
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