清华/首师大/南林JACS：Co-N-Ni催化聚苯乙烯废料加氢制乙苯

回收废塑料需要将塑料降解成小分子，但是各种产品广泛使用传统的方法解聚聚苯乙烯（PS），如催化热解和氢解。

基于此，清华大学王定胜副教授、首都师范大学孙文明副教授、南京林业大学王佳副教授等人报道了一种N桥接Co, Ni双原子（Co-N-Ni）催化剂，用于通过加压串联固定床反应器将废弃PS塑料转化为乙苯。Co-N-Ni催化剂的PS转化率为95 wt%，乙苯产率为92 wt%，明显优于相应的单原子催化剂，能够降解真正的PS塑料。

通过DFT计算，作者研究了Co-N-Ni在苯乙烯加氢过程中优异性能的来源。作者推断了活性位点的N₃-Co-N-Ni-N₃构型，并筛选了苯乙烯的许多初始吸附构型。根据苯乙烯在N₃-Co-N-Ni-N₃上最稳定的吸附构型，苯乙烯分子倾向于通过C=C键吸附在Co位点上，吸附能为-0.84 eV，而不是同时吸附在Co和Ni位点上，因此C=C基团原则上是氢化反应的活性基团中心。

Ni原子的存在以及Co和Ni原子之间的适当距离优化了苯乙烯的吸附构型，而苯乙烯在Co-N₄位点上的吸附能为-0.66 eV，不能有效吸附在Ni-N₄位点上。

此外，综合第一和第二H原子的吸附位点和H原子的攻击方向（α-C或β-C），存在两种合理的反应路径。在路径I（红色线）中，第一个H原子吸附在c-N上并攻击β-C，第二个H原子吸附在d-N上，并加氢成α-C，过渡态的能垒分别为0.90和0.74 eV。

在路径II（紫色线）中，第一个H原子吸附在d-N上并攻击α-C，第二个H原子吸附在b-N上，并加氢成β-C，过渡态的能垒分别为0.12和0.80 eV。在N₃-Co-N-Ni-N₃位点的第一次加氢中存在一个小的能垒，反映了Co-N-Ni在苯乙烯加氢中的优势。

Polystyrene Waste Thermochemical Hydrogenation to Ethylbenzene by a N-Bridged Co, Ni Dual-Atom Catalyst. J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c05184.

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