自20世纪50年代以来，塑料因其生产成本低、具有多种特性，已成为人类文明中不可或缺的物品。聚对苯二甲酸乙二酯(PET)约占塑料的10%，全球每年生产约7000万吨。遗憾的是，大多数的PET被丢弃、填埋或焚烧，这不仅危害生态环境，也浪费了自然资源。因此，废旧PET的回收利用已成为了一项迫切的科学和社会挑战。
目前，大约90%的PET回收是机械回收，回收的材料与原始的PET相比性能有所下降。为了解决这一问题，人们在化学回收方面做了大量的努力。遗憾的是，目前的这些策略仍然存在高能耗、低效率和复杂的工艺流程，极大地限制了它们的适用性。因此，迫切需要开发新的方法来回收废旧PET。
基于此，中国科学院理化技术研究所石睿和陈勇(共同通讯)等人利用Ni(OH)2/NF电催化重整PET衍生的乙二醇(EG)生成甲酸盐，即使在工业电流密度下(>500 mA cm-2，1.60 VRHE)，催化剂的法拉第效率和选择性也大于90%。
本文以Ni(OH)2/NF作为工作电极，采用标准的三电极体系研究了其在碱性电解质中的电催化性能，系统地评价了Ni(OH)2/NF的OER和EGOR性能。在没有EG的情况下，Ni2P/NF和Ni2P-LDH/NF表现出更好的OER性能，这是由于其较小的Tafel斜率和降低的电荷转移电阻。
加入EG后，Ni(OH)2/NF则表现出最优异的EGOR活性，起始电位向1.25 VRHE偏移。值得注意的是，在电流密度为100 mA cm-2时，催化剂的EGOR和OER之间的电位差为430 mV，这意味着通过抑制OER可以实现较大的电流密度。
此外，当使用PET水解物进行LSV测试时，得到的电流密度与在商业EG中相比略有下降，这可能是由于PET的不完全水解。与这些典型的催化剂和文献中报道的最先进的催化剂相比，Ni(OH)2/NF在大电流密度下实现高法拉第效率方面具有较大的潜力。随后，本文利用计时电位法测试了催化剂的拉第效率。
令人兴奋的是，Ni(OH)2/NF在超过500 mA cm-2的工业规模电流密度下，显示出最高的法拉第效率(93.2%)和甲酸盐产率(3.48 mmol cm-2 h-1)。基于上述结果可以得知，Ni(OH)2/NF的EGOR活性优于上述所有催化剂。
为了阐明催化剂的EGOR与OER相比具有显著增强的催化活性，本文进行了原位电化学拉曼测试。当电位不足以驱动EGOR(≤1.20 VRHE)时，未观察到明显的拉曼特征峰。当施加的电位超过1.30 VRHE时，可以在~474和558 cm-1处观察到NiOOH信号，分别对应于Ni-O的弯曲和拉伸振动，这是由Ni(OH)2转换为NiOOH。
随着电位的增加，双峰强度增加，这与EGOR的LSV电流密度的急剧增长相一致。此外，当电位降至开路电位(OCP)时，NiOOH的拉曼振动消失。这些结果表明，原位形成的NiOOH与EGOR呈正相关。
在这项工作中，本文通过原位电化学拉曼光谱进一步证明了NiOOH对EGOR的协同贡献。根据文献报道还可以得知，NiOOH同时也是OER的活性物质，然而OER的NiOOH峰值强度远远小于EGOR，这表明OER产生的NiOOH量很小。根据间接氧化机理，EG的氧化消耗NiOOH并形成Ni(OH)2，从而需要更多的电流将Ni(OH)2氧化为NiOOH。NiOOH的大量产生导致EGOR的电流密度更大，这是一个协同促进的过程。
变温原位电化学拉曼光谱显示，与H-Ni(OH)2/NF相比，Ni(OH)2/NF生成NiOOH的表观活化能更低，这更有利于EG的氧化。本文的工作不仅为废PET的电催化重整开发了一种优良的电催化剂，而且为回收的废PET的工业应用提供了一个新的视角。
Selective Electrocatalytic Reforming of PET-derived Ethylene Glycol to Formate with a Faraday Efficiency of 93.2% at Industrial-level Current Densities, Chemical Engineering Journal, 2023, DOI: 10.1016/j.cej.2023.145292.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145292.
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