ACS Catalysis：电催化PET氧化耦合CO2还原，实现高效和选择性生产HCOOH

近年来，利用电催化技术将废弃物转化为高附加值的燃料为减少化石能源的消耗和缓解环境污染问题提供了可持续的策略。例如，先前的文献报道了聚对苯二甲酸乙二酯(PET)水解产物衍生的乙二醇(EG)可以通过电化学氧化选择性地升级为增值的甲酸(HCOOH)。同时，电催化CO₂还原反应(CO₂RR)也能够将CO₂转化为有价值的化学品。特别是一些主族金属(Bi、Sn等)及其衍生物氧化物能够电催化CO₂转化为HCOOH。

因此，将阳极PET氧化反应(POR)与阴极CO₂RR结合起来，在两个电极上同时生成有价值的HCOOH是可行的。一方面，PET水解产物与CO₂同时电解重整为HCOOH，可避免不同产品之间繁琐的分离过程；另一方面，与传统的CO₂电还原体系(CO₂RR耦合OER)相比，热力学氧化电位较低的PET阳极氧化可以显著降低总能耗。因此，基于双重废弃物(PET和CO₂)电重整共同生产HCOOH的概念，开发先进的催化剂来驱动相关反应，并在原子水平上深入研究其构效关系势在必行。

近日，济南大学蒋绪川、胡日茗和山东大学郑昭科等报道了一种集PET氧化和CO₂还原为一体的电催化废弃物处理策略，即以富氧空位Ni(OH)₂-V_O和Bi/Bi₂O₃异质结构分别作为高效的阳极和阴极电催化剂，共同生产高附加值的HCOOH。

实验结果表明，所制备的Ni(OH)₂-V_O纳米片和Bi/Bi₂O₃纳米颗粒在超低电位下(在1.6 V和−1.4 V下电流密度分别达到300 mA cm⁻²和−272 mA cm⁻²)具有工业级电流密度和高HCOOH选择性(分别为86%和91%)，并且这两种催化剂都表现出优异的稳定性。

一系列原位光谱研究和理论结果表明，在PET上循环过程中，大量的氧空位将促进Ni³⁺物种的形成，加速后续的脱氢和C-C键断裂过程；同时，Bi和Bi₂O₃之间的界面电子转移有利于保持Bi的高价态，优化了对OCHO*中间体的吸附，从而使Bi/Bi₂O₃在大电流密度下仍具有高效的CO₂RR转化为HCOOH的性能。

作为概念验证，研究人员设计了具有实时监测和控制功能的太阳能流动反应器，在2.7 V、100 mA cm⁻²的电流密度下，实现了181%的HCOOH法拉第反应效率。总的来说，这项工作为废弃物的资源化利用开辟了新的途径，并为设计将废物转化为有价值化学品的先进电催化剂提供了指导。

Electrocatalytic waste-treating-waste strategy for concurrently upgrading of polyethylene terephthalate plastic and CO₂ into value-added formic acid. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c03428