《J. Am. Chem. Soc.》 通过调控半反应催化塑料转化为燃料的“绿色”策略的进展与展望

Qinyuan Hu,⁺ Zhixing Zhang,⁺ Dongpo He,⁺ Jiacong Wu, Jinyu Ding, Qingxia Chen,^* Xingchen Jiao,^* and Yi Xie^*

塑料因其经济实惠、经久耐用、卫生以及良好的可塑性而被广泛应用于各个领域。根据《欧洲塑料2023》报告，2021年全球塑料产量达到3.907亿吨。然而，塑料产量的大幅增长加上其有限的保质期，导致了大量塑料垃圾的产生。预计到2050年，全球塑料垃圾将达到8.5亿至9.5亿吨。这些数量巨大的垃圾对公众健康和自然生态系统构成了严重威胁。目前，处理废塑料的主要方法是填埋和焚烧。然而，由于废塑料的化学稳定性和低生物降解性，传统的填埋方式不仅会消耗宝贵的土地资源，还会造成环境污染。此外，直接焚烧塑料垃圾会排放大量有机化合物和挥发性气体，从而导致严重的空气污染。更重要的是，塑料垃圾在垃圾填埋场的自然降解不仅会导致有毒的滤液和微塑料的不断排放，还会造成塑料垃圾在大自然中的不断积累。据预测，2016年至2030年，全球每年产生的塑料垃圾预计将从260公吨增至460公吨。因此，回收利用塑料废物对减轻塑料污染和最大限度地重新利用其所含碳源来开发其他有价值的产品大有裨益。

由于传统的垃圾填埋和直接焚烧消耗了宝贵的土地资源，释放出大量的有机化合物和挥发性气体，从而导致严重的空气污染，造成了环境污染。因此，制定更多的“绿色”战略，在温和甚至环境条件下催化废塑料转化为增值化学品是一项势在必行的任务。

本文主要关注塑料废物的电催化、光催化和光电催化等条件下“绿色”策略的最新发展。在这些“绿色”策略中，塑料在氧化过程中通常会发生相应的还原反应，从而影响催化塑料转化的性能，选择合适的半反应不仅能促进塑料的转化率，还能提高体系的经济效益。本文强调了不同催化过程中相应的半反应，例如光催化在碱性溶液、纯水和过氧化氢溶液中的半反应，电催化中塑料氧化与水还原、CO₂还原和硝酸盐还原的耦合，以及光电催化中CO₂还原的耦合。最后，本文对如何扩大半反应、强化这些“绿色”策略进行了简要的总结和展望，并探讨了其内在机制和实际应用。

本工作发表在《J. Am. Chem. Soc.》上。

图1：介绍催化塑料转化的当前进展和未来研究方向，其中包括光催化、电催化和光电催化。

图2：将塑料催化成有价值燃料的前景和改进。