Synergy of Local and Remote Electron Transfer Maintains the Electron Deficiency of Active Sites for Enhanced Photocatalytic Upcycling of Plastic Waste

化学 光催化 吸附 光化学 电子转移 激进的 乙二醇 产量(工程) 电子 离子 选择性 化学工程 极化(电化学) 可见光谱 乙烯 密度泛函理论 催化作用 无机化学 电子传输链 量子产额 电子密度 纳米技术 电子供体
作者
Zhimin Xu,Qingyu Wang,Limin Liu,Zixiang Huang,M. Zhang,Rongrong Suo,Jiarui Yang,Zechao Zhuang,Yu Bai,Jiafu Chen,Hongliang Li,Dingsheng Wang,Xusheng Zheng
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (51): 47605-47615 被引量:18
标识
DOI:10.1021/jacs.5c17129
摘要

The photo-oxidation of ethylene glycol (EG) into high-value-added glycolic acid (GA) is of practical significance for poly(ethylene terephthalate) (PET) upcycling. As the key active species, the enrichment of hydroxyl radicals (•OH) is vital for improving the conversion efficiency of EG to GA, which remains a significant challenge. Herein, we proposed a strategy of constructing an electron-deficient active center by introducing F atoms with high electronegativity, which strengthened the adsorption of hydroxyl ions (OH – ) to achieve the enrichment of •OH. As for the photocatalyst of Pd nanoparticles-loaded F-doped TiO 2 hollow spheres (Pd/F-THS), local F atoms (proximal to Pd) directly reduce the electron density of Pd sites via electron cloud polarization under static conditions. Upon light irradiation, both local and remote F atoms could synergistically promote the migration of holes to Pd sites, thereby stabilizing Pd sites in a more electron-deficient state and promoting the adsorption of OH – through enhanced electrostatic attraction. Meanwhile, the extracted photogenerated holes reacted with adsorbed OH –, forming an • OH-enriched region at the Pd sites. Owing to the presence of an •OH-rich Pd center, Pd/F-THS exhibited excellent performance for EG photo-oxidation. The yield rate and selectivity of GA achieved were 13.5 mmol g –1 h –1 and 78.6%, respectively, representing the best performance reported to date.
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