Selective Hydrocracking of Polystyrene without Solvent to Alkylbenzenes over a Single-Atom Catalyst Co 1 -Al 2 O 3

烷基苯 催化作用 聚苯乙烯 化学 溶剂 有机溶剂 有机化学 溶剂效应 开裂 选择性 高分子化学 苯乙烯 化学工程 过程(计算) 材料科学 甲苯 多相催化 碳氢化合物 聚合物
作者
Leyang Qi,Yujia Ding,Hongbo Xie,Jicong Yan,Chunsheng Bai,Fuping Tian,Qinge Fan,Ruifeng Chong,Tao Hu,H T,Xiang Wang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acscatal.6c02094
摘要

Polystyrene (PS) is one of the most widely used plastics yet scarcely recycled. Although hydrocracking catalysts with hydrogen can cleave the C−C bond in PS, they also tend to hydrogenate aromatic rings, reducing the value of the product derived from PS hydrocracking. Here, we report a single-atom catalyst Co1-Al2O3 that efficiently cleaves the PS backbone C−C bond while completely preserving the aromatic rings under solvent-free hydrocracking conditions. This catalyst produces a series of alkylbenzenes, including toluene, ethylbenzene, cumene, and diphenylalkanes, without forming cycloalkanes, achieving an alkylbenzene formation rate of 0.695 garomatic gcat−1 h−1. Control experiments with model substrates such as bicumyl (2,3-dimethyl-2,3-diphenylbutane) and with benchmark Al2O3-supported Co particles reveal that isolated Co2+ sites in Co1-Al2O3 prefer to selectively cleave the C−C bonds rather than hydrogenate aromatic rings, whereas metallic Co particles favor aromatic hydrogenation and shift hydrocracking toward hydrogenolysis. The effectiveness of the single-atom catalyst Co1-Al2O3 in postconsumer PS hydrocracking highlights its potential for practical PS upcycling to valuable alkylbenzenes.
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