Nickel-substituted polyoxometalate-CdS single-cluster photocatalysts for efficient plastic waste degradation coupled with H 2 production

多金属氧酸盐 降级(电信) 催化作用 材料科学 星团(航天器) 光催化 化学工程 光化学 化学 冶金 计算机科学 有机化学 电信 工程类 程序设计语言
作者
Shen‐Yue Xu,Ping Wang,Bowen Zhang,Cheng Wang,Jingxiang Low,В. К. Иванов,Zhiming Zhang
标识
DOI:10.26599/pom.2025.9140096
摘要

The photocatalytic degradation of plastic waste represents a pivotal strategy for mitigating the global plastic pollution and fostering resource-efficient utilization. Herein, a facile impregnation method was used to uniformly load various Ni-substituted polyoxometalates (Ni-POMs) onto CdS nanospheres and thus obtain a series of single-cluster Ni-POM@CdS photocatalysts. During visible-light irradiation for 10 h, the catalyst with the highest synergistic photoredox performance (Ni9@CdS-10) achieved an exceptional extent of polylactic acid degradation and H2 productivity (22.29 mmol·gcat−1) exceeding that of pristine CdS ~ 160-fold. The generation of pyruvate—a versatile and valuable chemical—as a degradation product (19.01 mmol·gcat−1) rendered the process highly economically viable. Systematic control experiments and comprehensive characterization analyses indicate that the photocatalytic degradation of plastic waste by Ni9@CdS-10 proceeds via a charge transfer–mediated mechanism, with the Ni9 clusters acting as electron sponges and efficiently extracting photogenerated electrons from CdS to promote H2 evolution while facilitating hole-dominated plastic oxidation. This work provides valuable insights into the development of plastic waste degradation processes promoted by Ni-POM photocatalysts and establishes a practical strategy for converting plastic waste into fuels and chemicals.

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