聚酯塑料聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate, PET）具有卓越的机械性能、电绝缘性及无毒无味的特性，被广泛用于食品包装、工程塑料和纺织纤维等领域。目前，我国废旧PET的循环利用以物理回收为主，化学回收处于起步阶段。物理回收主要是通过切断、粉碎、加热熔化等工艺对废旧PET塑料进行再加工，然而再生PET有存在性能低，杂质不易剔除的问题，属于降级利用，难以进行多次循环回收；化学回收则是通过化学手段将废旧PET解聚成单体或衍生物，提纯后再重新利用，可以保证产品的品质，是实现塑料回收利用、减少碳排放的理想途径，但是现阶段仍面临转化效率低、产品附加值不高等产业化瓶颈问题。
针对以上问题，中国科学院理化技术研究所光化学转换与合成中心陈勇研究员团队创新性地提出"聚酯塑料高值化转化耦合制氢"的技术范式，取得了系列突破性进展。团队率先提出电催化废旧PET重整制备碳酸/甲酸耦合制氢的技术路线（Chem. Commun.,2021, 57, 12595；Green Chem., 2022, 24, 6571-6577；Chem. Eng. J.2023, 473, 145292）。相对于C1产物，C2产物如乙醇酸具有更高的经济价值，它是生产可生物降解塑料（聚乙醇酸）的重要单体，同时也可作为药物中间体、染料和食品添加剂等被广泛应用在防腐剂、纺织和清洁等领域。团队继而开发了双金属界面协同催化剂（Pd-Ni(OH)₂、PdAg、Pd-CuCo₂O₄），成功实现电催化PET重整制乙醇酸耦合制氢（Angew. Chem. Int. Ed.2023, 62, e202300094；Green Chem., 2023, 25,5872；Adv. Energy Mater. 2024, 14, 2304065）。然而，这种协同作用仅发生在两种金属接触界面，远离界面的催化位点仍存在C−C键断裂的问题，导致乙醇酸产物选择性较低。
如何精确控制乙二醇分子在催化剂表面的吸附构型，避免两个CH₂OH基团同时氧化，实现乙二醇到乙醇酸的定向转化，是当前体系亟待解决的关键科学问题。近期，团队提出单位点协同催化策略，构建了原子级分散的Pt₁/RuO₂协同催化体系。孤立的、原子级分散的Pt活性位点诱导乙二醇顶端吸附构型，有效抑制双CH₂OH共吸附；亲氧性RuO2载体的引入增强了Pt表面*OH物种的覆盖度，削弱了*CO−CH2OH中间吸附，从而协同促进乙醇酸的生成。该催化剂表现出优异的催化活性（8.09 A/mgPt），高的乙醇酸法拉第效率（95.3%）和选择性（96.9%）。
相关研究成果以Modulating Adsorption Behavior by Single-site Pt on RuO2 for Efficient Electrosynthesis of Glycolic Acid from Plastic Wastes为题发表在Angew. Chem. Int. Ed期刊上，文章的第一作者为理化所刘福来副研究员和博士生周靖韬，通讯作者为陈勇研究员。研究工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院-香港大学新材料联合实验室基金等资助项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202422183
图1 贵金属纳米颗粒、贵金属纳米颗粒/载体和贵金属单原子/载体分别催化乙二醇向乙醇酸转化的过程。
图2 Pt1/RuO2的结构表征（a）XRD图；（b）TEM图；（c-d）原子分辨的HAADF-STEM图；（e）沿[101]轴放大的HAADF-STEM图；（f）强度剖面图；（g）Pt L3边的XAFS谱；（h）Pt L3边傅里叶变换的EXAFS谱；（i）小波变换EXAFS谱。
图3 Pt1/RuO2的EGOR性能。（a）不同催化剂的CV曲线；（b）不同催化剂的质量活性和面积活性；（c）LSV曲线；（d）电解前后电解液的1H NMR谱；（e）Pt1/RuO2在不同电位下的FEs；（f）不同催化剂乙醇酸的选择性；（g）Pt1/RuO2催化性能与文献报道的电催化剂的比较；（h）连续电解20次后乙醇酸的选择性和FEs。
图4 电化学实验和原位表征。（a）不同催化剂的PZCs；（b）COstripping实验；（c-d）原位电化学ATR-IR光谱；（e-g）原位EIS图。
图5 DFT计算（a）Pt1/RuO2差分电荷图；（b）CO在不同催化剂表面的吸附能;（c）Pt1/RuO2表面多个中间体优化吸附构型;（d）乙二醇和OH在不同催化剂表面的吸附能。
图6 双电极流动电解（a）双电极MEA流动电解槽（100 cm2）的照片和示意图；（b）LSV曲线；（c）不同电流密度下乙醇酸的选择性和产率对比图；（d）流动电解槽稳定性实验；（e）废旧PET电重整及产品分离纯化工艺流程图；（f）TEA分析。
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