為了解決塑料污染對環(huán)境的威脅和從聚合物廢物中回收有價值的有機(jī)物，人們開發(fā)了一系列的回收和再循環(huán)技術(shù)。其中，“綠色和溫和”的環(huán)境溫度塑料光重整受到人們越來越多的關(guān)注。然而，由于光催化劑上嚴(yán)重的載流子復(fù)合和緩慢的表面反應(yīng)，光催化塑料重整技術(shù)的一個實(shí)際困難是同時進(jìn)行的光氧化和還原反應(yīng)效率低、穩(wěn)定性差。
并且，有限的質(zhì)子供應(yīng)和緩慢的底物氧化阻礙了光催化劑的活性/穩(wěn)定性。為了解決這個問題，需要設(shè)計一種能夠在時空上分離電子/空穴并引起HER和塑性氧化的協(xié)同耦合的光重整催化劑。
基于此，澳大利亞阿德萊德大學(xué)喬世璋和冉景潤等制備了一種缺陷豐富的鎳硫磷酸鹽(d-NiPS3)偶聯(lián)的CdS光催化劑(d-NiPS3/CdS)，其能夠在環(huán)境條件下同時生產(chǎn)H2和從聚乳酸(PLA)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料廢物中生產(chǎn)有機(jī)化學(xué)品。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著高活性d-NiPS3納米片的引入，光生電子和空穴快速分離。其中，光生電子和豐富表面位點(diǎn)促進(jìn)了HER過程；光生空穴被塑料基質(zhì)消耗產(chǎn)生有機(jī)化學(xué)物質(zhì)，這抑制了電荷重組，保證光催化劑的穩(wěn)定性。
光催化性能結(jié)果顯示，在光重整的第一小時(PLA=10 mg mL?1)，d-NiPS3/CdS上H2產(chǎn)率為39.76 mmol gcat?1 h?1，分別是CdS和NiPS3/CdS的43倍和1.5倍；d-NiPS3/CdS對PLA和PET的表觀量子效率分別為2.83%/0.36%和1.14%/0.16%(λ=365/475 nm)。循環(huán)試驗(yàn)后，d-NiPS3/CdS的相結(jié)構(gòu)和形態(tài)沒有明顯變化，這表明d-NiPS3/CdS光催化劑在塑料光轉(zhuǎn)化反應(yīng)中具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。
此外，研究人員還制備了d-NiPS3/CdS薄膜光催化劑，并用于聚乳酸的光重整反應(yīng)：在照明之前沒有檢測到H2，然而在照明下觀察到H2氣泡產(chǎn)生，這些發(fā)現(xiàn)證明了d-NiPS3/CdS光催化劑具有非常顯著的實(shí)用潛力。
更重要的是，該策略還可以推廣到新興的納米片，以顯著提高塑料光重整性能，這對氧化還原光催化劑的設(shè)計和通過塑料光重整生產(chǎn)燃料和化學(xué)品具有實(shí)際意義。
Boosted Photoreforming of Plastic Waste via Defect-Rich NiPS3 Nanosheets. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.2c13590
