Promoted *OH Adsorption Facilitates C–C Bond Cleavage for Efficient Electrochemical Upcycling of Polyethylene Terephthalate

吸附 电化学 催化作用 键裂 无定形固体 脱氢 化学 材料科学 乙二醇 法拉第效率 格式化 化学工程 光化学 有机化学 电极 物理化学 工程类
作者
Jinyong Sun,Binkai Shi,Shuixing Dai,Lei Chu,Huanlei Wang,Minghua Huang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:15 (1): 529-542 被引量:91
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c05352
摘要

The electrochemical oxidation of ethylene glycol (EG) derived from polyethylene terephthalate (PET) plastic into value-added chemicals, coupled with hydrogen evolution, offers a promising approach to addressing plastic pollution. However, the mechanisms by which the adsorption of key reaction intermediates affects the EG oxidation reaction (EGOR) are not well understood. To investigate this, we synthesized two model catalysts: amorphous-phase CoNiOOH/NF and CoNiOOH–Ni 3 S 2 /NF with an amorphous/crystalline interface. Detailed characterizations and theoretical calculations demonstrate that the amorphous/crystalline interface in CoNiOOH–Ni 3 S 2 /NF shifts the d-band center upward, enhancing the adsorption of EG and *OH compared to amorphous CoNiOOH/NF. Enhanced *OH adsorption is crucial for promoting C–C bond cleavage and subsequent dehydrogenation. In situ electrochemical infrared absorption spectroscopy (IRAS) and theoretical calculations reveal that formate (FA) is primarily formed through cleavage of the C–C bond in glycolic acid, followed by oxidation. Notably, CoNiOOH–Ni 3 S 2 /NF achieves industrial-level current densities of 500 mA cm –2 at an ultralow potential of 1.45 V vs RHE, with a Faradaic efficiency (FE) of 96.6% and FA productivity of 3.14 mmol cm –2 h –1 at 1.70 V vs RHE. This study offers valuable insights for designing efficient heterojunction catalysts for the electrochemical upcycling of PET plastics.
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