Catalytic upcycling of high-density polyethylene via a processive mechanism

氢解 催化作用 聚乙烯 介孔材料 化学工程 材料科学 高分子 化学 有机化学 聚合物 纳米技术 生物化学 工程类
作者
Akalanka Tennakoon,Xun Wu,Alexander L. Paterson,Smita Patnaik,Yuchen Pei,Anne M. LaPointe,Salai Cheettu Ammal,Ryan A. Hackler,Andreas Heyden,Igor I. Slowing,Geoffrey W. Coates,Massimiliano Delferro,Baron Peters,Wenyu Huang,Aaron D. Sadow,Frédéric A. Perras
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:3 (11): 893-901 被引量:493
标识
DOI:10.1038/s41929-020-00519-4
摘要

The overconsumption of single-use plastics is creating a global waste catastrophe, with widespread environmental, economic and health-related consequences. Here we show that the benefits of processive enzyme-catalysed conversions of biomacromolecules can be leveraged to affect the selective hydrogenolysis of high-density polyethylene into a narrow distribution of diesel and lubricant-range alkanes using an ordered, mesoporous shell/active site/core catalyst architecture that incorporates catalytic platinum sites at the base of the mesopores. Solid-state nuclear magnetic resonance revealed that long hydrocarbon macromolecules readily move within the pores of this catalyst, with a subsequent escape being inhibited by polymer–surface interactions, a behaviour that resembles the binding and translocation of macromolecules in the catalytic cleft of processive enzymes. Accordingly, the hydrogenolysis of polyethylene with this catalyst proceeds processively to yield a reliable, narrow and tunable stream of alkane products. Achieving plastic deconstruction with high selectivity is crucial for upcycling schemes, but remains challenging. Here, a processive approach for the selective hydrogenolysis of high-density polyethylene into narrow alkane fractions is introduced relying on a Pt/SiO2 catalyst encapsulated in a mesoporous silica shell.
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