自20世紀(jì)50年代以來(lái)，塑料因其生產(chǎn)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(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)約占塑料的10%，全球每年生產(chǎn)約7000萬(wàn)噸。遺憾的是，大多數(shù)的PET被丟棄、填埋或焚燒，這不僅危害生態(tài)環(huán)境，也浪費(fèi)了自然資源。因此，廢舊PET的回收利用已成為了一項(xiàng)迫切的科學(xué)和社會(huì)挑戰(zhàn)。

目前，大約90%的PET回收是機(jī)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(wèn)題，人們?cè)诨瘜W(xué)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(fù)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(kāi)發(fā)新的方法來(lái)回收廢舊PET。

基于此，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)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 V_RHE)，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(biāo)準(zhǔn)的三電極體系研究了其在堿性電解質(zhì)中的電催化性能，系統(tǒng)地評(píng)價(jià)了Ni(OH)₂/NF的OER和EGOR性能。在沒(méi)有EG的情況下，Ni₂P/NF和Ni₂P-LDH/NF表現(xiàn)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(zhuǎn)移電阻。

加入EG后，Ni(OH)₂/NF則表現(xiàn)出最優(yōu)異的EGOR活性，起始電位向1.25 V_RHE偏移。值得注意的是，在電流密度為100 mA cm^-2時(shí)，催化劑的EGOR和OER之間的電位差為430 mV，這意味著通過(guò)抑制OER可以實(shí)現(xiàn)較大的電流密度。

此外，當(dāng)使用PET水解物進(jìn)行LSV測(cè)試時(shí)，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(xiàn)中報(bào)道的最先進(jìn)的催化劑相比，Ni(OH)₂/NF在大電流密度下實(shí)現(xiàn)高法拉第效率方面具有較大的潛力。隨后，本文利用計(jì)時(shí)電位法測(cè)試了催化劑的拉第效率。

令人興奮的是，Ni(OH)₂/NF在超過(guò)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(chǎn)率(3.48 mmol cm^-2 h^-1)。基于上述結(jié)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(qiáng)的催化活性，本文進(jìn)行了原位電化學(xué)拉曼測(cè)試。當(dāng)電位不足以驅(qū)動(dòng)EGOR(≤1.20 V_RHE)時(shí)，未觀察到明顯的拉曼特征峰。當(dāng)施加的電位超過(guò)1.30 V_RHE時(shí)，可以在~474和558 cm^-1處觀察到NiOOH信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)于Ni-O的彎曲和拉伸振動(dòng)，這是由Ni(OH)₂轉(zhuǎn)換為NiOOH。

隨著電位的增加，雙峰強(qiáng)度增加，這與EGOR的LSV電流密度的急劇增長(zhǎng)相一致。此外，當(dāng)電位降至開(kāi)路電位(OCP)時(shí)，NiOOH的拉曼振動(dòng)消失。這些結(jié)果表明，原位形成的NiOOH與EGOR呈正相關(guān)。

在這項(xiàng)工作中，本文通過(guò)原位電化學(xué)拉曼光譜進(jìn)一步證明了NiOOH對(duì)EGOR的協(xié)同貢獻(xiàn)。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道還可以得知，NiOOH同時(shí)也是OER的活性物質(zhì)，然而OER的NiOOH峰值強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于EGOR，這表明OER產(chǎn)生的NiOOH量很小。根據(jù)間接氧化機(jī)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(chǎn)生導(dǎo)致EGOR的電流密度更大，這是一個(gè)協(xié)同促進(jìn)的過(guò)程。

變溫原位電化學(xué)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(kāi)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(yīng)用提供了一個(gè)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.