Upcycling Polybutylene Succinate Waste to Succinic Acid via Paired Electrocatalytic using Thiol‐Engineered MOFs and a CO 2 ‐Assisted Precipitation System

聚丁二酸丁二醇酯 材料科学 琥珀酸 化学工程 降水 热解 纳米技术 无机化学 有机化学 复合材料 化学 物理 工程类 气象学
作者
Dengke Xiong,Xiaoyang He,Zhonghuan Zhu,Tao Liu,Deli Wu,Yuqin Zou,Zuofeng Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (9) 被引量:14
标识
DOI:10.1002/adfm.202518434
摘要

Abstract While electrocatalytic conversion of biodegradable Polybutylene succinate (PBS) plastic‐derived 1,4‐butanediol (BDO) into succinic acid (SA) offers an eco‐friendly recycling solution, current technologies face key limitations: lack of efficient catalysts, low Faradaic efficiencies (FE), and costly membrane/separations. These challenges hinder the practical implementation of this promising plastic‐to‐value chemical approach. Herein, a paired electrocatalytic strategy is reported for converting PBS waste into SA using thiol‐engineered Metal‐organic frameworks coupled with CO 2 ‐assisted precipitation. Specifically, a heterogeneous electrocatalyst where NiS clusters embedded in NiBDC nanosheets (NiBDC@NiS 0.68 ) is synthesized, achieving remarkable performance with 95.7% FE and 92.5% yield during BDO‐to‐SA conversion. Combined in situ techniques and theoretical calculations indicate that tailored local chemical heterogeneity within the catalyst enhances alcohol affinity, facilitates electron transfer, and optimizes reactant/intermediate adsorption. Additionally, a membrane‐free co‐electrolysis system is engineered to simultaneously oxidize PBS waste at the anode and reduce maleic acid at the cathode, yielding an unprecedented overall 183.8% FE for SA production. The integrated process concludes with CO 2 ‐assisted precipitation, yielding high‐purity SA while coproducing valuable NaHCO 3 . This work demonstrates that precise local environment modulation in catalyst design, combined with deliberate system integration, can enable sustainable plastic upcycling, delivering both environmental and economic benefits by efficiently converting PBS waste into valuable SA.
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