Tandem microplastic degradation and hydrogen production by hierarchical carbon nitride-supported single-atom iron catalysts

降级(电信) 催化作用 碳纤维 串联 氮化碳 氮化物 制氢 材料科学 化学 化学工程 纳米技术 计算机科学 生物化学 光催化 有机化学 复合数 电信 图层(电子) 工程类 复合材料
作者
Jingkai Lin,Kunsheng Hu,Yantao Wang,Wenjie Tian,Tony Hall,Xiaoguang Duan,Hongqi Sun,Huayang Zhang,Emiliano Cortés,Shaobin Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:14
标识
DOI:10.1038/s41467-024-53055-1
摘要

Abstract Microplastic pollution, an emerging environmental issue, poses significant threats to aquatic ecosystems and human health. In tackling microplastic pollution and advancing green hydrogen production, this study reveals a tandem catalytic microplastic degradation-hydrogen evolution reaction (MPD-HER) process using hierarchical porous carbon nitride-supported single-atom iron catalysts (FeSA-hCN). Through hydrothermal-assisted Fenton-like reactions, we accomplish near-total ultrahigh-molecular-weight-polyethylene degradation into C 3 -C 20 organics with 64% selectivity of carboxylic acid under neutral pH, a leap beyond current capabilities in efficiency, selectivity, eco-friendliness, and stability over six cycles. The system demonstrates versatility by degrading various daily-use plastics across different aquatic settings. The mixture of FeSA-hCN and plastic degradation products further achieves a hydrogen evolution of 42 μmol h ‒1 under illumination, outperforming most existing plastic photoreforming methods. This tandem MPD-HER process not only provides a scalable and economically feasible strategy to combat plastic pollution but also contributes to the hydrogen economy, with far-reaching implications for global sustainability initiatives.
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