Chemical Recycling of Polystyrene to Valuable Chemicals via Selective Acid-Catalyzed Aerobic Oxidation under Visible Light

化学 单线态氧 聚苯乙烯 光化学 催化作用 电子顺磁共振 单重态 光敏剂 氧气 聚合物 有机化学 激发态 物理 核磁共振 核物理学
作者
Zhiliang Huang,Muralidharan Shanmugam,Zhao Liu,Adam Brookfield,Elliot L. Bennett,Renpeng Guan,David E. Vega Herrera,José Antonio López-Sánchez,Anna G. Slater,Eric J. L. McInnes,Xiaotian Qi,Jianliang Xiao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (14): 6532-6542 被引量:352
标识
DOI:10.1021/jacs.2c01410
摘要

Chemical recycling is one of the most promising technologies that could contribute to circular economy targets by providing solutions to plastic waste; however, it is still at an early stage of development. In this work, we describe the first light-driven, acid-catalyzed protocol for chemical recycling of polystyrene waste to valuable chemicals under 1 bar of O2. Requiring no photosensitizers and only mild reaction conditions, the protocol is operationally simple and has also been demonstrated in a flow system. Electron paramagnetic resonance (EPR) investigations and density functional theory (DFT) calculations indicate that singlet oxygen is involved as the reactive oxygen species in this degradation process, which abstracts a hydrogen atom from a tertiary C–H bond, leading to hydroperoxidation and subsequent C–C bond cracking events via a radical process. Notably, our study indicates that an adduct of polystyrene and an acid catalyst might be formed in situ, which could act as a photosensitizer to initiate the formation of singlet oxygen. In addition, the oxidized polystyrene polymer may play a role in the production of singlet oxygen under light.
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