华南理工胡芸教授ACIE：PET塑料光重整——Pt-In双位点催化剂实现高效转化为乙酸
塑料污染已成为全球严峻的环境与资源挑战，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）因优异性能被广泛应用于包装、服装等领域，全球每年产生约7000万吨PET塑料废弃物，而机械回收利用率不足20%。传统填埋和焚烧处理不仅浪费碳资源，还会释放有毒气体和微塑料，威胁生态系统与人类健康。光催化重整技术为塑料资源化提供了温和绿色的途径，但现有体系存在目标产物选择性低、易发生过度氧化等问题，难以高效转化为高价值C₂产物。
（一）结构与电子态表征
X射线衍射（XRD）结果说明ZnO成功嵌入ZIS，X射线光电子能谱（XPS）显示Pt主要以Ptδ+形式负载在ZnO-ZIS上，且ZnO的引入提高了Pt活性位点周围的电子密度。X射线吸收精细结构（XAFS）光谱表明，Pt处于富电子状态，Pt/ZnO-ZIS中存在Pt-O键，证实PtO₂的存在，同时Pt物种通过Pt-S键锚定在ZnO-ZIS表面形成Pt-S-In结构。
（二）DFT计算
密度泛函理论（DFT）计算构建了Pt-In双位点协同界面模型，结果显示In位点对羟基的吸附能（-1.19eV）高于Zn位点（-0.62eV），而邻近Pt的In位点羟基吸附能（-0.87eV）有所减弱，表明Pt负载增加了In位点的电荷密度，抑制C-C键过度氧化。EG在Pt-In双位点模型上的吸附能为-0.94eV，脱氢步骤能垒为0.57eV，是反应过程的决速步。
（三）反应路径解析
原位红外光谱监测显示，Pt/ZnO-ZIS抑制了乙醇醛向乙二醛的转化，从而减少甲酸副产物生成，促进乙酸形成。光激发下，PtO₂纳米颗粒呈富电子特性，与EG的缺电子α-C形成电子互补吸附，光生空穴激活伯醇的C-H和C-O键，经脱氢氧化形成乙醛中间体，进一步氧化为羧基，最终在Pt位点促进下发生甲基化生成乙酸。H₂产物经氘代水同位素标记实验证实来源于水而非PET。
#第一性原理 #模拟计算 #科研 #催化 #环境 #环境工程 #能源
塑料污染已成为全球严峻的环境与资源挑战，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）因优异性能被广泛应用于包装、服装等领域，全球每年产生约7000万吨PET塑料废弃物，而机械回收利用率不足20%。传统填埋和焚烧处理不仅浪费碳资源，还会释放有毒气体和微塑料，威胁生态系统与人类健康。光催化重整技术为塑料资源化提供了温和绿色的途径，但现有体系存在目标产物选择性低、易发生过度氧化等问题，难以高效转化为高价值C₂产物。
（一）结构与电子态表征
X射线衍射（XRD）结果说明ZnO成功嵌入ZIS，X射线光电子能谱（XPS）显示Pt主要以Ptδ+形式负载在ZnO-ZIS上，且ZnO的引入提高了Pt活性位点周围的电子密度。X射线吸收精细结构（XAFS）光谱表明，Pt处于富电子状态，Pt/ZnO-ZIS中存在Pt-O键，证实PtO₂的存在，同时Pt物种通过Pt-S键锚定在ZnO-ZIS表面形成Pt-S-In结构。
（二）DFT计算
密度泛函理论（DFT）计算构建了Pt-In双位点协同界面模型，结果显示In位点对羟基的吸附能（-1.19eV）高于Zn位点（-0.62eV），而邻近Pt的In位点羟基吸附能（-0.87eV）有所减弱，表明Pt负载增加了In位点的电荷密度，抑制C-C键过度氧化。EG在Pt-In双位点模型上的吸附能为-0.94eV，脱氢步骤能垒为0.57eV，是反应过程的决速步。
（三）反应路径解析
原位红外光谱监测显示，Pt/ZnO-ZIS抑制了乙醇醛向乙二醛的转化，从而减少甲酸副产物生成，促进乙酸形成。光激发下，PtO₂纳米颗粒呈富电子特性，与EG的缺电子α-C形成电子互补吸附，光生空穴激活伯醇的C-H和C-O键，经脱氢氧化形成乙醛中间体，进一步氧化为羧基，最终在Pt位点促进下发生甲基化生成乙酸。H₂产物经氘代水同位素标记实验证实来源于水而非PET。
#第一性原理 #模拟计算 #科研 #催化 #环境 #环境工程 #能源
