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《德國應用化學》報道華東理工一課題組在循環(huán)經(jīng)濟:廢舊塑料催化轉化領域最新進展

來源:華東理工大學      2020-12-09
導讀:碳資源一直是人類活動最主要的能量來源。碳中和作為一種新型環(huán)保形式,能夠推動綠色的生活生產(chǎn),實現(xiàn)全社會綠色發(fā)展。立足碳中和發(fā)展,對廢棄碳資源(廢舊塑料、廢棄生物質(zhì)、CO2等)開發(fā)利用對解決環(huán)境問題和能源問題至關重要。最近,華東理工大學化學與分子工程學院王艷芹教授課團隊在循環(huán)經(jīng)濟:廢舊塑料催化轉化領域取得突破性進展,該工作近期以“Towards the circular economy: converting aromatic plastic waste back to arenes over Ru/Nb2O5 catalyst”為題,發(fā)表于國際頂級期刊Angew. Chem. Int. Ed.(doi.org/10.1002/anie.202011063)。

在塑料制品中,芳香塑料如PET、PS、PC、PPO等均是由芳香單體通過C-O和/或C-C鏈接而成的,而芳香單體是石油基的芳烴通過官能團化得到。因此,催化轉化塑料制備芳烴具有重要的現(xiàn)實意義,是實現(xiàn)塑料循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的關鍵一環(huán)。王艷芹教授團隊從化學鍵活化斷裂的角度,采用多功能Ru/Nb2O5催化劑,首次實現(xiàn)了廢舊芳香塑料內(nèi)C-O或/和C-C連接鍵的選擇性斷裂制備芳烴。Ru/Nb2O5催化劑不僅能轉化單一芳香塑料高選擇性地制備芳烴化學品,也能實現(xiàn)混合芳香塑料直接轉化制備芳烴,芳烴收率高達75~85%。相比于其它Ru催化劑, Ru/Nb2O5中Ru的配位數(shù)僅為5~6,以配位不飽和的邊緣位點為主,顆粒非常小,極小的Ru顆粒抑制了苯環(huán)和氫氣的共吸附,得到了可觀的芳烴選擇性。同時,Nb2O5上強的親氧位點NbOx物種具有優(yōu)異的活化C-O鍵的能力和吸附苯環(huán)的能力,其Br?nsted酸位則能對吸附的苯環(huán)進行質(zhì)子化協(xié)助對Csp2-Csp3鍵的活化,在小顆粒Ru解離的氫物種的協(xié)同作用下,實現(xiàn)了對芳香塑料內(nèi)C-O和C-C鍵的精準活化斷裂。該工作為塑料循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展提供了技術參考。

近年來,王艷芹教授課題組在廢棄碳資源(生物質(zhì)、塑料等)催化轉化領域取得了一系列重要成果(Chem. 2019, 5, 2520-2546; Chem. 2019, 5, 1521-1536; Nat. Commun. 2017, 8.16104; Nat. Commun. 2016, 7.11162; Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 9755–9760; ACS Catal. 2019, 9, 9671-9682; ACS Catal. 2018, 8, 3280-3285; ACS Catal. 2017, 7, 333-337.)

論文第一作者為華東理工大學博士生景亞軒,通訊作者為華東理工大學王艷芹教授和新加坡國立大學顏寧教授,華東理工大學為第一單位。在DFT計算方面得到了華東理工大學王海豐教授的支持,在X-射線吸收光譜表征方面得到了日本北海道大學Shinya Furukawa教授的支持。該研究得到國家自然科學基金(重點、面上和青年)、上海市重大科技專項、中國高校學科人才引進計劃、中央高校基本業(yè)務費、新加坡國立大學、國家留學基金委的支持。  


參考資料
[1] 華東理工大學,【創(chuàng)新前沿】《德國應用化學》報道我校一課題組在循環(huán)經(jīng)濟:廢舊塑料催化轉化領域最新進展,https://news.ecust.edu.cn/2020/1207/c6a157539/page.htm


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