近期，陜西科技大學大學特聘教授王傳義老師團隊在光催化廢棄塑料、廢棄生物質的高值化轉化方面取得重要進展。相關成果在Applied Catalysis B: Environment and Energy (IF=20.2)期刊發(fā)表。
將塑料廢棄物光重整為增值化學品并產(chǎn)生氫氣 (H2) 對于循環(huán)經(jīng)濟至關重要，但其效率受到質子還原和塑料氧化之間相互制約的限制。基于光催化重整塑料過程中質子的還原與塑料底物的氧化速率相互制約的瓶頸問題，我校王傳義教授團隊設計了具有均一尺寸MoOx納米顆粒負載的BiVO4/MoOx復合催化劑，實現(xiàn)了光催化重整PET過程中氧化還原反應的同時促進。該工作通過簡單的水熱合成法，有效地將MoOx納米顆粒負載于BiVO4上。MoOx納米顆粒不僅能夠通過價態(tài)可變的Mo5+/6+離子促進光電子從BiVO4到MoOx的轉移，并將 H+ + e –→ H* 的自由能從0.39降低到– 0.12 eV，促進H2的產(chǎn)生；MoOx 納米顆粒中的氧空位還能夠促進預處理PET的吸附與活化，從而增強對其氧化。該工作實現(xiàn)了從氧化與還原反應共同促進的角度提高光PET重整的整體反應速率。(原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124326)
催化反應機理
在PET的光重整過程中，MoOx的引入會誘導BiVO4的光生電子向其遷移，在此過程中Mo6+將被還原為Mo5+，這一過程促進了H自由基的生成，從而促進產(chǎn)氫。此外，EG在反應過程中逐步地被轉化為乙二醛及乙二酸，最終形成甲酸并穩(wěn)定存在。
木質素作為自然界中唯一的可再生芳香族資源，其高效轉化一直是生物質利用領域的研究熱點，但Cβ-O鍵的高穩(wěn)定性制約轉化效率?；诖?，我校王傳義教授團隊開發(fā)了一種S-構型異質結的光催化劑（CdS-SH QDs/Bi2MoO6），通過界面Bi-S鍵增強載流子分離，激活單線態(tài)氧(1O2)精準攻擊木質素Cβ-O鍵，實現(xiàn)了木質素生物質的高效轉化。以PP-ol（2-苯氧基-1-苯基乙醇）為模型化合物，苯酚/苯乙酮產(chǎn)率達90%+；通過在自然環(huán)境下裂解從馬尾松提取的堿木質素的，香蘭素產(chǎn)量較單一催化劑提升70倍。該工作為設計能夠在實際環(huán)境中有效解聚木質素的光催化劑提供了新的視角。(原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.125092)
催化反應機理
如圖所示，S型異質結的構建可以保持高氧化還原電位并改善電荷分離，從而實現(xiàn)高效光催化反應。在Cβ-O鍵的裂解過程中，S型的電荷流動方式促進了1O2的生成，誘導Cα?自由基的生成。在此過程中Cβ-O鍵的解離能從69.2 kcal/mol大幅衰減到7.8kcal/mol，這一過程促進了Cβ-O的劈裂，從而促進高值化轉化。此外，為了驗證CSSB-30光催化劑對實際木質素中Cβ-O帶的裂解能力，以馬尾松堿木質素為底物，堿木質素Cβ-O裂解的典型產(chǎn)物為香蘭素，獲得了26.6 mg/木質素的香蘭素高產(chǎn)率，證明了堿木質素中Cβ-O鍵的有效裂解。
新聞小貼士：
王傳義教授，歐洲科學院院士、德國洪堡學者、英國皇家化學會會士、國際先進材料學會會士，英國皇家工藝院終身會士，創(chuàng)建了中國科學院創(chuàng)新國際團隊和中國科學院創(chuàng)新交叉團隊、德國洪堡基金會聯(lián)合研究小組、陜西省“西北生態(tài)環(huán)境材料與技術”創(chuàng)新引智基地和西安市“生態(tài)環(huán)境材料與綠色低碳技術” 國際聯(lián)合研究中心。長期從事環(huán)境和能源相關的納米光催化研究，在Chem. Rev., JACS, Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed.等國際重要學術刊物上發(fā)表論文400余篇，共被引用25000余次，單篇被引用100次以上的文章有77篇，H-指數(shù)值89 (Google Scholar)。主編/撰寫英文專著3部，獲授權中國/美國發(fā)明專利73件。應邀擔任國際雜志Environmental Chemistry Letters副主編（IF15.7），獲德國洪堡學者獎 (1998) 、中國天山獎 (2014)、中國科學院“引進海外杰出人才”終期評估優(yōu)秀獎 (2015)、中國僑界貢獻獎 (創(chuàng)新人才，2016)、國際先進材料學會科學家獎 (2020)及國際先進材料終身成就獎 (2024)。入選科睿唯安全球高被引學者 (2023) 、全球前2%頂尖科學家年度榜單和長期綜合榜 (2020-2024美國斯坦福大學發(fā)布，其中子學科物理化學名列第80位)及ScholarGPS全球近5年前0.05%頂尖學者（包括所有學科綜合，環(huán)境科學位列第57名）。
（核稿：王念東 編輯：劉倩）
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