太阳能驱动塑料升级回收对于太阳能储存、资源回收和解决环境污染问题具有重大意义。传统的光催化反应通常只能够利用太阳光谱中较窄波段的光子,光能转化为化学能的效率较低。与光催化策略相比,光热催化塑料升级回收则通过将清洁的太阳能转化为热振动,来驱动塑料解聚为高附加值单体,因此具有低能耗、低碳排放等优势。目前,在光热催化路线中,催化剂的设计侧重于将可见光和近红外光转化为热能,从而在更全面的光谱范围内利用太阳光,然而,紫外光在光热催化塑料升级回收反应中的作用却常常被忽视。因此,如何更好地结合不同能量的光子来提高光热催化性能是该领域的关键科学问题。
针对上述问题,苏州大学陈金星与加州大学河滨分校殷亚东教授合作,提出了一种基于多元醇配位TiO2纳米晶的光致变色-光热协同催化体系。在紫外线或太阳光照射下,化学键合的多元醇能迅速捕获TiO2产生的空穴,从而使光生电子将Ti4+还原成Ti3+,并产生氧空位。由此产生的丰富缺陷能级提高了光热转换效率,同时氧空位活化了废弃PET塑料的乙二醇解反应。这种范式转变策略将高能紫外线光子用于活化催化剂,有效地避免了其与反应物直接作用,为太阳能驱动催化效率的大幅提升提供了新思路。相关的研究成果以Integrated Photochromic-Photothermal Processes for Catalytic Plastic Upcycling为题,发表在《德国应用化学》上。
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