韩国研究人员开发出可将废弃塑料瓶转化为化工原料的催化剂，效率达86%

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韩国研究人员开发出一种高效催化剂，可将废弃塑料瓶转化为有用的工业化工原料。该催化剂在将废弃PET瓶中提取的一种成分转化为甲酸盐时，法拉第效率达到约86%，并保持稳定性能长达300小时。 韩国基础科学研究院（KBSI）周四宣布，由陈钟成（Jin Jong-seong）领导的研究团队，与庆尚国立大学崔明龙（Choi Myung-ryong）教授及台湾科技大学张志成（Chang Chih-chang）教授合作，开发出了这种将废弃PET瓶中获得的乙二醇转化为甲酸盐的高效催化剂。 PET瓶经化学分解后会产生两种主要成分：对苯二甲酸和乙二醇。对苯二甲酸可重新用于塑料制造，但乙二醇因易与水混合且沸点高，难以分离和回收。 研究团队没有试图分离乙二醇，而是专注于将其直接转化为甲酸盐——一种工业化工原料。甲酸盐可用于生产多种化学产品，从而提高废弃塑料的资源价值。 该团队通过将单个钌（Ru）原子锚定在薄片状氧化镍（NiO）表面，开发出一种“单原子催化剂”。该催化剂通过用二氧化碳激光照射材料约10分钟制备而成。一个关键设计特征是化学反应集中在钌原子与氧化镍相遇的界面处。 为研究催化剂的工作机制，团队使用了KBSI岭南区域中心的一台混合二次离子质谱仪——一种先进的分析仪器。该仪器使研究人员能够精确绘制催化剂表面物质的类型和分布，并识别化学反应过程中形成的中间化合物。 分析揭示，甲酸盐是在氢原子从乙二醇中依次脱除、碳-碳键断裂的过程中产生的。研究人员还证实，钌原子与氧化镍之间的界面稳定了反应中间体，促进了甲酸盐的生成。 在转化实验中，该催化剂的法拉第效率达到86.37%——意味着反应中所用总电荷的约86%用于生成甲酸盐。使用实际分解的废弃PET瓶衍生溶液进行的测试表明，在12个25小时的测试周期（总计300小时）中，催化性能保持稳定。 这项研究不仅推进了将废弃塑料转化为有用化工原料的技术，还精确绘制了催化剂表面的反应路径——为下一代高性能催化剂的设计奠定了基础。 KBSI首席研究员陈钟成表示，团队“通过分析催化剂表面的反应中间体，为解释从乙二醇到甲酸盐的转化过程奠定了基础”，并计划“利用分析技术揭示各种环保催化剂的工作原理，并为其设计提供方向”。 该研究成果于10月5日发表在化学领域国际期刊《Angewandte Chemie International Edition》的在线版上。