聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是全球使用最广泛的塑料之一，占塑料总量的10%，被广泛应用于塑料瓶、包装袋和纤维制品等。然而，PET的大量使用与丢弃也带来了严重的环境问题和资源浪费。作为PET的主要单体之一，乙二醇（EG）的回收利用不仅能够减少对化石燃料的依赖，还可显著降低生产过程中的能源消耗及温室气体排放。光重整技术作为一种温和且环境友好的化学回收方法，在废弃塑料及其单体的升级回收领域展现出显著潜力。已有研究表明，通过光催化技术可将PET解聚单体EG转化为甲酸、甲醛等C
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产物。然而，相较于C
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产物，C
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产物（如乙醇醛、乙醇酸等）具有更高的经济价值和应用前景，但其产率与选择性仍存在较大提升空间。
近日，
苏州大学的
曹暮寒副研究员
、
陈金星教授
、
王璐教授
合作，
成功开发了一种新型光催化剂——原子级分散的钯（Pd）负载于二氧化钛（TiO
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）载体上（Pd/TiO
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）
。这种催化剂在光照条件下能够高效地将EG转化为乙醇醛，产率高达5072 μmol g
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，选择性达到90.0%，并且具有长期稳定性。这一研究成果为塑料废弃物的高效回收提供了创新性解决方案。该研究以题为“Photocatalytic Conversion of Polyester-Derived Alcohol into Value-Added Chemicals by Engineering Atomically Dispersed Pd Catalyst”发表在《
Angewandte Chemie International Edition
》上。
原子分散钯催化剂的制备
研究团队采用低温光化学法成功将钯（Pd）单原子锚定于锐钛矿型二氧化钛（TiO
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）表面。通过高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）和X射线吸收近边结构（XANES）等表征技术，研究团队证实了Pd在TiO
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表面以原子级分散状态存在。此外，结合X射线光电子能谱（XPS）和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）分析，进一步揭示了Pd以Pd(II)的价态存在，并与TiO
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表面形成了稳定的Pd-O化学键。
图1. 0.5Pd/TiO
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催化剂的球差电镜（AC HAADF-STEM）图像，X射线吸收近边结构谱（XANES）和X射线吸收精细结构谱（EXAFS）
为了验证这一催化剂的性能，研究团队进行了一系列实验。实验结果表明，随着Pd负载量的增加，乙醇醛的产率和选择性逐渐提高，当Pd与TiO
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的质量比为0.5%时，催化剂的性能达到最优。乙醇醛产率高达5072 μmol g
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，选择性达到90.0%，并且具有长期稳定性。
图2. 不同催化剂在光催化EG氧化反应中的液体产物产率和乙醇醛选择性
研究团队通过实验和理论计算发现，Pd单原子能够显著增强光生空穴的富集，这些空穴是EG选择性氧化为乙醇醛的关键物种。此外，Pd单原子还能促进EG分子在催化剂表面的吸附，进而生成关键的中间体——RO•自由基，最终形成乙醇醛。更重要的是，Pd能够降低乙醇醛的脱附能垒，从而抑制其进一步氧化为C
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产物（如甲酸和甲醛），提高了乙醇醛的选择性。基于这些实验结果，研究团队提出了EG光催化氧化的反应路径：首先，EG分子吸附在Pd/TiO
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催化剂表面，形成桥接结构；随后，在光照条件下，光生空穴富集在Pd原子周围，导致EG分子中的一个羟基发生脱氢反应，生成RO•自由基；接着，RO•自由基进一步氧化生成乙醇醛；最后，乙醇醛从催化剂表面脱附，完成整个反应循环。
图3. 0.5Pd/TiO
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催化剂在光催化EG氧化反应中的原位傅里叶变换红外光谱（FTIR）和反应路径示意图
为了验证这一技术的实际应用潜力，研究团队还将其应用于真实生活中的PET塑料废料（如瓶子、薄膜、食品容器等）的转化。通过直接水解的方法，研究团队成功从PET废料中提取了EG，并在光催化反应中实现了乙醇醛的高效转化，产率为4700-5100 μmol g
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。此外，研究团队还进行了技术经济评估，结果表明，通过该方法将PET废料转化为乙醇醛的最低售价为8.578美元/千克，低于乙醇醛的市场价格（9.0美元/千克）。这一结果证实了该技术在经济上的可行性和潜在应用价值。
图4. 真实生活中的PET塑料废料光催化回收的示意图和产物产率
苏州大学的研究团队通过原子工程的方法，成功开发了一种单原子光催化剂Pd/TiO
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，能够高产率高选择性地将聚酯废料中的乙二醇转化为高附加值的乙醇醛。作者探索了该反应中的主要活性自由基，提出了一条合理的反应路径。这一成果为塑料废物的回收提供了新的解决方案。
