第一作者：杨长青
通讯作者：胡芸 教授
通讯单位：华南理工大学
论文DOI：10.1002/anie.202521531
光催化选择性回收PET废塑料为增值C2产品是一种理想的策略。作者构建了空间分离但功能协同的Pt-In双位点，通过调控电子结构和化学环境实现了PET废塑料向乙酸的高效高选择性转化。乙酸产率达到882.46 μmol g−1 h−1，选择性接近100%。该研究为在原子尺度上对废塑料进行高选择性光重整提供了深入的理解。
全球每年产生约7000万吨PET塑料，回收率不足20%。传统填埋和焚烧不仅会释放大量有毒物质且没有产生附加价值。光重整因其绿色温和、可调控选择性等特点而受到关注。然而现有体系中普遍存在产物选择性低、易过氧化导致C-C键断裂生成C1产物的问题。废塑料直接向高值C2产物的高选择性转化仍然是一个巨大的挑战。
1. PET废塑料一步光重整转化为H2和高附加值乙酸，选择性接近100%。
2. 空间分离但功能各异的Pt-In双位点，实现了C–O键与C–H键的选择性活化。
Figure 1. Morphology and chemical composition for catalyst series. (a) SEM and (b) TEM images of Pt/ZnO-ZIS. (c) HRTEM image of Pt/ZnO-ZIS. (d-e) HAADF-STEM images of Pt/ZnO-ZIS. (f) EDS mapping.
SEM和TEM图像表明Pt/ZnO-ZIS表现出纳米花结构，具有高比表面和丰富的活性位点（Figure 1a-b）。HRTEM图像（Figure 1c）清晰展示了ZIS与ZnO之间的异质结界面。HAADF-STEM图像（Figure 1d-e）显示PtOx纳米颗粒均匀分散在载体表面。EDS mapping（Figure 1f）证实In、S、Pt元素均匀分布，表明Pt成功负载并高度分散。
Figure 2. Structural characterization and surface electronic states of the catalyst series. (a) XRD spectra of the catalyst series. (b) XAFS spectra of the Pt L3-edge. (c) Fourier-transformed EXAFS of the Pt L3-edge. (d-f) Wavelet-transformed EXAFS spectra.
Pt/ZnO-ZIS复合材料的XRD图谱中出现代表ZnO (100)晶面特征峰，说明ZnO成功负载。未观察到PtOx的特征峰可归因于其负载量低且高度分散（Figure 2a）。XANES谱图（Figure 2b）显示Pt/ZnO-ZIS的白线峰强度低于Pt箔，表明Pt处于富电子状态。FT-EXAFS谱图（Figure 2c）中未观察到Pt-Pt配位峰，而在1.66 Å处出现Pt-O峰，结合小波变换EXAFS（Figure 2d-f）证实Pt以PtO2形式存在，并通过Pt-S-In键锚定在ZnO-ZIS表面。
Figure 3. Catalyst design and evaluation of photocatalytic performance. (a) Schematic diagram of the photo-reforming process of PET on Pt/ZnO-ZIS catalyst. 1HNMR spectra of (b) EG and (e) PET solutions. (c) Catalytic activities of different catalysts (substrate: EG). (d) Recycling stability of Pt/ZnO-ZIS over five cycles (30 h) (substrate: EG). (f) Photocatalytic performance of Pt/ZnO-ZIS using PET as the substrate. (g) H2 evolution activity of Pt/ZnO-ZIS over 50 h with real plastic waste as the substrate.
Figure 3a展示了Pt/ZnO-ZIS对PET废塑料直接进行光重整增值转化的全过程。Figure 3b和3e的1HNMR谱图分别证实EG和PET成功转化为乙酸。Figure 3c和3f显示Pt/ZnO-ZIS在EG/PET氧化和析氢方面表现出优异性能，且均显著优于其他催化剂。Figure 3d表明催化剂在5次循环后性能稳定，结构未发生明显变化。Figure 3f-g显示即使使用真实饮料瓶碎片做底物，催化剂仍保持高活性和稳定性，展示了其实际应用潜力。
Figure 4. The reaction pathway and internal mechanism of photo-reforming PET waste. In-situ FTIR spectra of EG oxidation over (a) ZnO-ZIS and (b) Pt/ZnO-ZIS. (c) In-situ CO-probe adsorption FTIR spectra. (d) Molecular model of Pt/ZnO-ZIS. (e) Calculated adsorption energies of EG. (f) Reaction energy barrier profile for in-situ EG reforming. (g) Schematic illustration of the highly selective conversion of EG to HOAc on Pt-In sites. (h) Proposed mechanism for the synergistic H2 production from light-driven reforming of PET.
结合原位红外和DFT计算得出转化途径为：光照后PtO2富集电子吸附EG中的α-C，ZIS表面由于空穴的富集呈现电正性，吸附电子云密度更高的羟基氧。受到h+的进攻，端羟基C-H键及C-O键激活，脱氢氧化生成醛基。此时，红外光谱中羟基峰（~3300 cm-1）减弱，C=O峰（~1700 cm-1）开始出现。随后由于Pt/In位点电子环境的差异产生歧化反应路径。乙醇醛的醛基（-CHO）在碱性环境中被空穴进一步进攻生成羧基。C=O峰（~1700 cm-1）进一步增强，羟基峰因羧酸生成而展宽。而另一端羟基在Pt位点的还原作用下发生甲基化反应。红外光谱中甲基C-H峰（~2900 cm-1）显著增强，羧酸O-H峰（~3300 cm-1）稳定。
该研究提出，将PET直接光重整为乙酸的一步光催化策略。通过调节Pt-In活性位点的电子结构和化学环境，从而实现PET到HOAc的高效转化。乙酸产率达到882.46 μmol g-1 h-1，选择性接近100%。该工作不仅揭示了Pt-In双位点在C–C键保护与C–O/C-H键特异性活化中的协同机制，还为废塑料资源化利用提供了原子尺度的理论指导与技术路径。
Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e21531. doi.org/10.1002/anie.202521531
胡芸，华南理工大学环境与能源学院副院长，教授，博士生导师。担任挥发性有机污染物污染控制技术与装备国家重点实验室副主任、广东省大气环境与污染控制重点实验室学术委员会副主任、广东省环境风险防控与应急处置工程技术研究中心副主任等职务，并担任《Research on Chemical Intermediates》期刊编委。主要研究方向为新型吸附/催化材料在水/气环境污染控制中的基础及应用研究、环境友好型材料研发与应用、清洁能源转化等。近年来主持了国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、广东省科技计划、广州市科技计划以及企业委托横向科研项目30余项。在Angew. Chem. Int. Ed.，Environ. Sci. Technol.，Appl. Catal. B: Environ.等国内外权威期刊发表论文170余篇。授权国家发明专利32项并转让4项。
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