作爲最常用的塑料材料之一，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)每年生産近7000萬噸，用于包裝和紡織。然而，絕大多數廢棄的PET都被填埋處理，這不僅對環境有害，而且造成了巨大的經濟損失。近年來，電解法作爲一種綠色、低能耗的PET塑料升級回收技術而受到廣泛關注。在電解重整過程中，PET首先經曆一個水解過程，形成對苯二甲酸(TPA)和乙二醇(EG)。由于TPA在電化學條件下相當穩定，只有EG會發生乙二醇氧化反應(EGOR)，升級爲高附加值産品。

然而，EGOR通常涉及不可控制和複雜的反應途徑，導致産生各種C1和C2産物産生。由于産品分離需要額外的下遊能量投入，産品選擇性差，效率低，阻礙了PET升級循環的廣泛應用。因此，開發選擇性強、效率高的PET衍生醇轉化電催化劑將有利于降低下遊成本。

近日，聖地亞哥州立大學顧競課題組將Cu電化學沉積在泡沫Ni上(NiCu/NF)用于的EG和PET塑料的增值化。原位和異位表征結果顯示，Cu0/CuO核殼沉積在NF上，在重構過程中，Cu和Ni物種被重構爲Cu(OH)2/CuOOH和NiOOH活性物種。同時，沉積的Cu物種有利于催化劑動態演化形成Ni3+活性物種，促進更快的界面電子轉移，增加電化學活性面積，這些都協同提高了NiCu/NF的EGOR性能。

此外，密度泛函理論(DFT)計算表明，NiCu/NF (0.51 eV)上EGOR速率控制步驟(RDS)的能壘相對于泡沫Ni(1.41 eV)顯著降低，並且Cu的存在使*COOHCH2OH到*CH2OH+HCOOH步驟的能壘降低，從而促進了C-C鍵的斷裂。

電化學性能測試結果顯示，最優的NiCu60s/NF催化劑的甲酸鹽法拉第效率和産率分別爲95.8 %和0.70 mmol cm−2 h−1。研究人員還驗證了該電催化體系的實際應用：采用商用PET粉末作爲原料，PET粉末水解産物主要爲甲酸鹽(FE> 80%)；另外，市售PET水瓶水解液經過簡單的酸化和分離過程，僅需1小時即可再生出純TPA，展示了電重整方法在實際生活中的潛在實際應用價值。

總的來說，該項工作通過對催化劑的動態演變、真實活性中心和反應機理的探索，爲理解和設計高性能電催化劑以實現更高效、更有選擇性的塑料升級提供了理論依據。

Cu promoted the dynamic evolution of Ni-based catalysts for polyethylene terephthalate plastic upcycling. ACS Catalysis, 2024. DOI: 10.1021/acscatal.3c05509