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Co-Ga2O3納米片光催化塑料制合成氣
發(fā)布時(shí)間：2023-06-27 瀏覽量：1804
1.文章信息
標(biāo)題：Plastics-to-syngas photocatalysed by Co–Ga2O3 nanosheets
中文標(biāo)題：Co-Ga2O3納米片光催化塑料制合成氣
頁碼：National Science Review, Volume 9, Issue 9, September 2022, nwac011
DOI: 10.1093/nsr/nwac011
2. 文章鏈接
OXFORD ACADEMIC專用鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwac011
3. 期刊信息
期刊名：National Science Review (Natl. Sci. Rev.)
ISSN: 2095-5138
2022年影響因子：23.178
分區(qū)信息：中科院1區(qū)Top；JCR分區(qū)（Q1）
涉及研究方向：綜合：綜合
4. 作者信息：徐嘉麒，焦星辰，鄭愷（第一作者），孫永福（通訊作者）中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
5. 光源型號(hào)：北京中教金源CEL-HXFUV300（300 W氙燈，全光譜）
文章簡介：
塑料需要數(shù)百年才能自然降解，而它們的化學(xué)降解通常需要高溫高壓。 在這里，我們首先利用太陽能在環(huán)境條件下借助水實(shí)現(xiàn)可持續(xù)和高效的塑料到合成氣的轉(zhuǎn)化。例如，商用塑料袋可以通過 Co-Ga2O3 原子層有效地光轉(zhuǎn)化為可再生合成氣，氫氣和一氧化碳的生成速率分別為 647.8 和 158.3 μmol g?1 h?1。原位表征和標(biāo)記實(shí)驗(yàn)表明，水被光還原為氫氣，而包括聚乙烯袋、聚丙烯盒和聚對苯二甲酸乙二醇酯瓶在內(nèi)的不可回收塑料被光降解為二氧化碳，二氧化碳進(jìn)一步被選擇性地光還原為一氧化碳。深入研究表明合成氣生產(chǎn)的效率主要取決于二氧化碳還原過程，因此應(yīng)設(shè)計(jì)具有高二氧化碳還原活性的光催化劑，以提高未來塑料到合成氣的轉(zhuǎn)化效率。 將不可回收塑料光轉(zhuǎn)化為可再生合成氣的設(shè)計(jì)理念有助于同時(shí)消除“白色污染”并緩解能源危機(jī)。
塑料制品（如購物袋、飯盒、礦物瓶等）已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂米顝V泛的人造材料之一。據(jù)估計(jì)，全球每年大約會(huì)生產(chǎn)3.59億噸塑料，按照這個(gè)速度，到2050年自然環(huán)境中將累積約1.2億噸不可回收的塑料垃圾。塑料通常需要數(shù)百年才能自然降解，而它的化學(xué)降解通常需要涉及高溫和高壓等條件，成本昂貴?？紤]到塑料垃圾也是豐富的碳資源，因此可以將它們作為原料加以重新利用，制備具有高附加值的化學(xué)品。太陽能具有清潔和可再生等優(yōu)點(diǎn)，因此利用太陽能將難以回收的塑料垃圾轉(zhuǎn)化為有用的碳基化合物是一種極具前景的新技術(shù)。
合成氣的主要成分為一氧化碳(CO)和氫氣(H2)，它是一種重要的化工原料?；诖?，研究人員提出了一種綠色環(huán)保的策略，在常溫和常壓下，借助水將塑料垃圾通過光照轉(zhuǎn)化為清潔、可再生的合成氣。在該工藝中，H2O會(huì)被還原為H2，而各種塑料制品，如聚乙烯(PE)塑料袋、聚丙烯(PP)塑料盒、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料瓶等可以被光降解為CO。與耗時(shí)的塑料自發(fā)降解相比，該策略利用太陽光和合適的光催化劑實(shí)現(xiàn)了塑料的高效降解，而生成的合成氣又可以通過費(fèi)托合成或者聚合過程得到全新的塑料制品。以PE塑料袋為例，Co-Ga2O3納米片可以高效地將其轉(zhuǎn)化為合成氣，其中H2和CO的生成速率分別為647.8 μmol g-1 h-1和158.3 μmol g-1 h-1。
進(jìn)一步的研究表明，合成氣的生成效率主要取決于CO2的還原過程，因此未來應(yīng)設(shè)計(jì)出具有高CO2還原活性的光催化劑，以提高光降解塑料制備合成氣的效率。該工作中所提出的利用太陽能將難以回收的塑料轉(zhuǎn)化成合成氣的策略，有助于同時(shí)消除“白色污染”和緩解能源危機(jī)。此工作發(fā)表在國內(nèi)著名期刊《National Science Review》上。
我們一致認(rèn)為本文的創(chuàng)新之處有以下幾點(diǎn)：
1. 實(shí)現(xiàn)了塑料的降解
2. 構(gòu)建了塑料-CO2-合成氣的體系
3. 催化體系對多種塑料均有作用
圖1.光催化塑料轉(zhuǎn)化為合成氣性能
圖2.原位紅外和理論計(jì)算揭示光催化塑料轉(zhuǎn)化為合成氣的機(jī)理