Cation‐Vacancy Engineering in Cobalt Selenide Boosts Electrocatalytic Upcycling of Polyester Thermoplastics at Industrial‐Level Current Density

材料科学 催化作用 聚酯纤维 硒化物 分解水 电催化剂 化学工程 法拉第效率 双功能 纳米技术 有机化学 电极 物理化学 复合材料 冶金 化学 电化学 工程类 光催化
作者
Jun Qi,Yongming Xia,Xiangtong Meng,Jiachun Li,Shilin Yang,Hongqi Zou,Yangjun Ma,Yong Zhang,Yadong Du,Lipeng Zhang,Zong‐Hong Lin,Jieshan Qiu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202419058
摘要

Abstract The past decades have witnessed the increasing accumulation of plastics, posing a daunting environmental crisis. Among various solutions, converting plastics into value‐added products presents a significant endeavor. Here, an electrocatalytic upcycling route that efficiently converts waste poly(butylene terephthalate) plastics into high‐value succinic acid with high Faradaic efficiency of 94.0% over cation vacancies‐rich cobalt selenide catalyst is reported, showcasing unprecedented activity (1.477 V vs. RHE) to achieve an industrial‐level current density of 1.5 A cm −2 , and featuring a robust operating durability (≈170 h). In particular, when combining butane‐1,4‐diol monomer oxidation (BOR) with hydrogen evolution using the cation vacancy‐engineered cobalt selenide as bifunctional catalyst, a relatively low cell voltage of 1.681 V is required to reach 400 mA cm −2 , manifesting an energy‐saving efficiency of ≈15% compared to pure water splitting. The mechanism and reaction pathways of BOR over the vacancies‐rich catalyst are first revealed through theoretical calculations and in‐situ spectroscopic investigations. The generality of this catalyst is evidenced by its powerful electrocatalytic activity to other polyester thermoplastics such as poly(butylene succinate) and poly(ethylene terephthalate). These electrocatalytic upcycling strategies can be coupled with the reduction of small molecules (e.g., H 2 O, CO 2 , and NO 3 − ), shedding light on energy‐saving production of value‐added chemicals.
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