多元素觸媒實現廢塑膠變高值化學品,且可降低氫能製造能耗

 

刊登日期:2026/5/11
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將PET加水分解後可得到乙二醇(EG),為重要化學原料之一,且有望解決環境問題。然而,乙二醇的電化學氧化過程以往多仰賴高成本鉑觸媒且能耗較高,因此亟需開發兼具低成本、高選擇性、高耐久性的替代觸媒。
高知工科大學與東京科學大學的研究團隊共同開發出一種新型多元素氧硫化物(High-Entropy Oxysulfide; HEOS)觸媒。此觸媒係在含錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)的多元素氧化物(High-Entropy Oxide; HEO)中導入硫元素,並透過室溫下一階段方法製作而成。其結構中各元素均勻分布,且硫與金屬間的共價作用可穩定氧空缺,並維持過渡金屬的高價態,進而形成有利於乙二醇碳鍵斷裂的電子結構。
 
在電化學反應中,HEOS對乙二醇氧化展現優異性能,法拉第效率最高達84.6%,且可高選擇性生成高附加價值的甲酸,且幾乎無副產物生成。研究團隊進一步將此反應用於取代水電解中的氧氣析出反應(OER),可顯著降低能耗。在二電極系統中,相較於一般水電解(1.57 V),使用乙二醇時電池電壓降至1.37 V,顯示可同時實現低能耗製氫與塑膠衍生物的高值化利用。
 
此外,即使使用由廢PET經鹼性加水分解所得的乙二醇,新觸媒仍能維持高選擇性生成甲酸,展現良好的實用潛力。在耐久性方面,於1.5 V條件下連續運轉20小時後,仍可保持約92%的初始活性。透過機制分析顯示,該反應同時涉及晶格氧參與機制(Lattice Oxygen–mediated; LOM)與吸附氧機制(Adsorbed Oxygen–mediated; AOM)。硫穩定的氧空缺與多價過渡金屬中心協同作用可促進氫原子轉移(Hydrogen Atom Transfer; HAT),經由短壽命中間體有效斷裂碳鍵,最終生成甲酸。
 
此項技術成功結合「廢塑膠升級再利用(Upcycling)」與「節能製氫」兩大目標。由於觸媒可在常溫常壓下製成,具備量產潛力,未來若結合再生能源,可望有助於落實循環型化學製造與潔淨能源社會。今後研究將聚焦於觸媒組成的最佳化、實際含雜質廢塑膠原料的適用性評估,以及連續式電解系統的開發。

資料來源: https://www.isct.ac.jp/ja/news/yjpgfqdyp3kh#note3u
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