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院士領(lǐng)銜!師徒聯(lián)手!中國石油大學(xué)(華東),新發(fā)Nature子刊!

將聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 催化升級(jí)為高價(jià)值含氧產(chǎn)品是一個(gè)令人著迷的過程,但仍然具有挑戰(zhàn)性。
2024年12月30日,挪威工程院院士陳德,中國石油大學(xué)(華東)馮翔教授閆昊副教授Nature Communications發(fā)表題為《Catalytic oxidation upcycling of polyethylene terephthalate to commodity carboxylic acids》的研究論文,Qinghai Chen閆昊為論文共同第一作者,陳德院士馮翔教授閆昊副教授為論文共同通訊作者。
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陳德,催化專家,挪威工程院院士、挪威皇家科學(xué)院院士,歐洲科學(xué)院院士,挪威科技大學(xué)教授,中國石油大學(xué)(華東)新能源研究院院長(zhǎng)。
陳德于1982年本科畢業(yè)于上海化工學(xué)院分院;1988年碩士畢業(yè)于華東化工學(xué)院;1998年博士畢業(yè)于挪威科技大學(xué);1998年-2000年擔(dān)任挪威科技大學(xué)副教授;2000年起擔(dān)任挪威科技大學(xué)教授;2009年當(dāng)選挪威工程院院士;2009年-2010年擔(dān)任美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校訪問教授;2019年當(dāng)選挪威皇家科學(xué)院院士。
陳德主要從事工業(yè)催化、能源轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)能材料、天然氣與生物質(zhì)轉(zhuǎn)化、動(dòng)力學(xué)分析等基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)工作。
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馮翔,中國石油大學(xué)(華東)教授、博士生導(dǎo)師。國家優(yōu)青。2010年本科畢業(yè)于華東理工大學(xué),2015年博士畢業(yè)于華東理工大學(xué)(導(dǎo)師:周興貴教授)。2015年-2017年在中國石油大學(xué)(華東)從事師資博士后工作(合作導(dǎo)師:楊朝合教授)。2017-2020年擔(dān)任中國石油大學(xué)(華東)副教授,2017年-2019年從事挪威科技大學(xué)博士后研究(合作導(dǎo)師:陳德院士),2020年至今,擔(dān)任中國石油大學(xué)(華東)教授,2023年至今,擔(dān)任油氣加工新技術(shù)教育部工程中心副主任,2024年至今,擔(dān)任中國石油大學(xué)(華東)研究生院培養(yǎng)辦公室主任。
其主要研究方向:圍繞工業(yè)催化劑微納多尺度結(jié)構(gòu)調(diào)控,創(chuàng)制高效且穩(wěn)定的催化劑并進(jìn)行工業(yè)成型與放大。
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閆昊,中國石油大學(xué)(華東)副教授。2015本科畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東),2020年博士畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東),師從楊朝合教授,2020年-2022年在中國石油大學(xué)(華東)化工系從事師資博士后工作(導(dǎo)師:馮翔教授),2022年-2023年在新加坡國立大學(xué)從事博士后研究(導(dǎo)師:顏寧教授),2022年至今,擔(dān)任中國石油大學(xué)(華東)副教授。
閆昊主要從事醇類合成、氧化、氨氧化和氨化、廢塑料高值化以及催化裂化等方向的催化劑研發(fā)等相關(guān)研究。
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在本文中,作者提出了一種一步串聯(lián)策略,實(shí)現(xiàn)PET熱催化氧化合成對(duì)苯二甲酸(TPA)和高價(jià)值乙醇酸(GA)而不是乙二醇(EG)。以富含氧空位的Au/NiO作為催化劑,成功加速了PET的水解,同時(shí)獲得了99%的TPA產(chǎn)率和87.6%的GA產(chǎn)率。結(jié)果表明,NiO載體中的氧空位(NiO-Ov)傾向于吸附水解產(chǎn)物TPA,優(yōu)先確保EG在Au-NiO界面的強(qiáng)吸附。此外,在EG氧化過程中,由兩種結(jié)構(gòu)組成的Au-NiO界面,即準(zhǔn)“AuNi合金”和NiO-Ov,能夠同時(shí)促進(jìn)C-H鍵的活化,其中“AuNi合金”中的Ni表現(xiàn)出向氧性,錨定中間體C=O鍵,而NiO-Ov中殘留的O會(huì)掠奪C-H鍵中的H。該Au/NiO催化劑進(jìn)一步擴(kuò)展用于促進(jìn)其他聚乙二醇酯熱催化氧化升級(jí)為GA,展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。
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圖1:PET熱催化氧化升值為TPA和羥基乙酸
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圖2:氧空位在Au/NiO-x催化劑中在PET熱催化氧化升值為TPA和羥基乙酸中的作用
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圖3:乙二醇(EG)氧化為羥基乙酸(GA)的機(jī)理研究
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圖4:PET熱催化氧化升值的生命周期評(píng)估
綜上,這項(xiàng)研究成功實(shí)現(xiàn)了將PET一步法催化氧化升級(jí)轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的TPA和GA。這一過程不僅加速了PET的水解,還促進(jìn)了EG向GA的氧化。Au/NiO催化劑中的氧空位在EG氧化過程中起到了重要作用,一方面傾向于吸附TPA,另一方面促進(jìn)了準(zhǔn)“AuNi合金”和NiO-Ov的形成,加速了C-H鍵的活化。此外,從經(jīng)濟(jì)角度來看,這項(xiàng)研究提出的策略在PET的升級(jí)回收方法中具有顯著優(yōu)勢(shì),為廢棄PET的高效利用提供了新的機(jī)遇,為設(shè)計(jì)能夠高效利用廢棄物的催化氧化系統(tǒng)鋪平了道路,為實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)和環(huán)保的未來提供了新的可能性。
Chen, Q., Yan, H., Zhao, K. et al. Catalytic oxidation upcycling of polyethylene terephthalate to commodity carboxylic acids.?Nat. Commun., (2024).?

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