塑料废物是制造化学品和燃料的主要未开发资源，特别是考虑到它们对环境和生物的威胁。在这里，我们报告了将聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 塑料电催化升级为有价值的商品化学品(二甲酸钾和对苯二甲酸)和 H2燃料。初步技术经济分析表明，当 PET 的乙二醇 (EG) 组分在高电流密度 (>100 mA cm-2) 下被选择性电氧化成甲酸 (>80% 选择性) 时，该工艺的盈利能力。开发了一种镍改性磷化钴 (CoNi0.25P) 电催化剂以实现 500 mA cm-2的电流密度在 1.8 V 的膜电极组装反应器中，法拉第效率和甲酸选择性大于 80%。详细的表征揭示了 CoNi0.25P 催化剂在 EG 氧化过程中原位演变成低结晶金属羟基氧化物作为活性状态，这可能是其优越性能的原因。这项工作展示了一种将废旧 PET 升级回收为增值产品的可持续方式。
介绍
超过8十亿吨塑料已经生产出日期，以及它们中的79%被丢弃，并且累积在填埋场或水生系统1，2，较严重的环境和生物威胁3，4，5，6。根据循环经济原则，塑料回收对于节约不可再生资源至关重要，从而减少 CO2排放7,8.常规塑料再循环策略(例如，机械的方法)了有限的成功(<10%再利用率)与再生材料是从性能较差的痛苦与新塑料相比，这样的过程通常称为downcycling模型1，5。在这方面，化学回收提供的替代路线通过将它们催化处理以高质量单体亚单位，以获得从废物更值5，9，10，11或可回收成增值产品7，12。这些方法的成功取决于催化剂的效率和选择性以及该过程的可持续性和盈利能力。
聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 每年生产约 7000 万吨用于包装和纺织品10，但其中只有一小部分 (<20%) 主要通过机械方法回收(图1a)5。热回收方法(例如氢解13和糖酵解14)导致在高温下回收单体(对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸双(2-羟乙基)酯)。PET的聚酯性质使其在温和条件下很容易分解成单体，由碱2,11或水解酶10催化。，可以进一步转化为有价值的产品。最近，Erwin 及其同事报告了在温和条件2、15下将 PET 废物转化为清洁的 H2燃料和含氧物(即甲酸、乙二醛和乙酸盐)的光转化策略。PET 的乙二醇 (EG) 组分很容易被光生空穴氧化，这提高了从水中产生H2 的速率。尽管行之有效的方法，该方法仍然从朝向单一的高值的氧化产物(补充表低空间生产率和选择性差遭受1)16，17。
电催化可由可再生能源(太阳能、风能和水力发电)提供动力，这是一种可持续且有吸引力的策略，可在温和条件下从阴极的水和阳极的有机化合物中产生清洁的 H2和增值的含氧物18,19,20,21.它在各种有机化合物的高效和选择性转化方面取得了很大进展，例如简单醇和可再生生物质衍生的含氧化合物，以及各种有价值的羰基化学品，例如甲酸酯22,23, 乙酸酯24,25, 2,5-呋喃二甲酸酯26 。, 己二酸19可以获得。然而，将 PET 废物电催化重整为有价值的产品在很大程度上尚未得到探索。
在这里，我们展示了使用双功能 CoNi0.25P 电催化剂在 KOH 电解质中将PET 废物升级为二甲酸钾(KDF)和 PTA 的商品化学品与 H2生产配对的电催化策略(图1b)。PET 在碱性溶液中消化，得到包括 PTA 和 EG 在内的单体，后者在电解槽中与 H2一起在阳极 CoNi0.25P 催化剂上选择性(> 90%)进行 C-C 裂解以甲酸在阴极相同的催化剂上产生。随后，甲酸作为PET电解液的酸化剂进行PTA沉淀和过滤再生，所得液流经浓缩结晶转化为固体KDF。初步技术经济分析 (TEA) 估计，在商业相关电流密度 (>300 mA cm-2)下，每吨废 PET 的升级回收净收入约为 350 美元。反应后材料的综合分析揭示了阴极析氢反应(HER)期间金属磷化物/羟基(氢氧化物)核壳结构的形成，以及在阳极调节下磷化物完全重构为低结晶羟基(氢氧化物)类似物，这可能是其高催化性能的原因。
