Metal-Acid Balance Enables Earth-Abundant Metal Upcycling of Polyolefins to Jet Fuel

聚烯烃 催化作用 惰性 化学 双功能 喷气燃料 金属 开裂 化学工程 立方氧化锆 硫酸盐 磷化氢 无机化学 键裂 磷化物 可制造性设计 烯烃纤维 串联 航程(航空)
作者
Jicong Yan,Shuheng Tian,Qi Zhang,Yujia Ding,Hongbo Xie,Fuping Tian,Tao Hu,Junzhong Xie,Xiang Wang,Ding Ma
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.6c12134
摘要

Abstract Hydrocracking over bifunctional metal–acid catalysts offers a promising route for converting polyolefin waste into liquid fuels, but highly active and economically viable non-noble-metal catalysts remain scarce. Here we show that such catalysts can be developed by independently tuning metal and acid sites to balance the tandem reactions occurring on them. Using inert zirconia as the support, we introduced atomically dispersed Ni and sulfate species to create independently tunable metal and acid functions. This design balances the rates of (de)hydrogenation and C–C bond cleavage of the substrate, enabling efficient polyolefin conversion. The optimized Ni–ZrO2/SO42– catalyst converted 200 g of postconsumer plastics into 187 g of methane-free fuels (C3–C20), including 117 g in the jet-fuel range (C8–C16). A volcano relationship between catalytic performance and the metal-to-acid ratio reveals a narrow optimum, underscoring the need for precise control of metal–acid balance. Extension of this strategy to Co- and Mo-based systems further demonstrates its generality and potential for scaled-up polyolefin upcycling.
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