近日，昆明理工大學化學工程學院磷化工團隊在黑磷催化回收廢棄塑料研究方面取得新進展，相關成果以 “Effects of Conduction Band Edge Regulation on the Photoreforming Efficiency of Plastic Waste: Taking BPNS/TiO2 as a Photocatalyst” 為題發(fā)表在國際頂級催化期刊《ACS Catalysis》（影響因子13.1，一區(qū)TOP）上。
塑料污染已成為全球面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。在不改變現有塑料生產和消費模式的前提下，預計到2050年，塑料垃圾年產生量將超過1.21億噸。因此，將廢塑料回收為單體（CRM）或升級為高價值燃料、化學品和先進材料的循環(huán)經濟模式受到日益關注。然而，現有催化體系仍面臨效率不足和產物選擇性不可控的瓶頸。
在本研究中，團隊首次構建了黑磷納米片/二氧化鈦（BPNS/TiO2）異質結光催化劑，利用黑磷可調控帶隙與高載流子遷移率的優(yōu)勢，實現了對聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）等典型塑料的高效光重整。在模擬太陽光照射下，該催化劑實現了高達80%的PET降解率，并伴隨高效產氫（345.2 μmol g-1 h-1），展現出綠色、低能耗的塑料回收與能源轉化潛力。值得一提的是，通過黑磷烯的帶隙調控，研究首次建立了光催化劑導帶電位（ECB）與產物選擇性（CO、H2、CO2）的關系，為塑料廢棄物光轉化催化劑的理性設計提供了新路徑。同時，研究揭示了常見添加劑對降解效率的影響：光穩(wěn)定劑會顯著降低降解率，而增塑劑則通過提升分子鏈運動性促進降解。進一步研究表明，該催化體系對聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）及聚氯乙烯（PVC）等塑料同樣具有催化降解與產物調控能力，應用前景廣闊。
該研究工作得到國家自然科學基金、云南省磷化工節(jié)能與新材料重點實驗室、云南省環(huán)境友好高分子聯合實驗室、云南省重點研發(fā)計劃項目、云南省高校磷化工重點實驗室以及云南省教育廳可降解塑料工程研究中心等的資助。昆明理工大學化學工程學院為論文第一署名單位，實驗室吳楓老師和謝德龍教授為論文共同通訊作者，碩士生謝海龍為論文的第一作者。
論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acscatal.5c03810
