金属-载体相互作用与尖端增强电场效应协同促进氧物种吸附/富集：高效电氧化塑料废弃物衍生醇制备乙醇酸

为解决电催化升级回收聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料废弃物过程中反应活性氧物种（*OH）吸附能力不足导致的催化活性和稳定性低下问题，研究人员设计了一种基于金属-载体相互作用（MSI）和尖端增强电场效应的Pd@Ni(OH)2-NiO催化剂。该催化剂在0.60 V（vs. RHE）下实现300 mA cm?2的高活性和250小时的长效稳定性，选择性生成高附加值产物乙醇酸（GA，法拉第效率91.68%）。该研究为塑料废弃物资源化利用和醇类电氧化催化剂设计提供了新思路。

　　

塑料污染已成为全球环境挑战，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为年产量超70万吨的主力聚酯材料，回收率不足20%。传统填埋或焚烧处理方式不仅浪费资源，更造成严重生态负担。电催化技术因其可持续性和选择性氧化优势，被视为PET升级回收的理想途径。然而，现有催化剂在将PET衍生的乙二醇（EG）转化为高值C₂产物（如乙醇酸GA）时，面临*OH吸附能力弱、C-C键易断裂导致产物选择性差、工业级电流密度下稳定性不足等瓶颈问题。

山东大学的研究团队在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》发表研究，通过水热-退火-电沉积三步法构建了具有金属-载体相互作用（MSI）和尖端增强电场效应的Pd@Ni(OH)₂-NiO催化剂。该工作创新性地将电子结构调控与反应微环境优化相结合：MSI诱导电子从Pd向Ni(OH)₂-NiO载体转移，形成缺电子Pd^δ+活性位点，增强OH和EG吸附；脉冲电沉积制备的尖刺状Pd通过尖端效应局部富集OH^?，促进OH生成。理论计算表明，这种双功能机制可降低EG氧化反应（EGOR）的吉布斯自由能，同时抑制*OC-CH₂OH中间体C-C键断裂。

关键技术包括：1）水热合成β-Ni(OH)₂纳米片阵列基底；2）350℃退火构建Ni(OH)₂-NiO异质结载体；3）脉冲电沉积法生长尖刺状Pd纳米结构；4）原位拉曼光谱追踪*OH吸附过程；5）密度泛函理论（DFT）计算反应能垒。

催化剂表征与机理
XRD和XPS证实Pd与Ni(OH)₂-NiO间存在电子转移，Pd 3d轨道结合能正移0.3 eV，形成Pd^δ+位点。原位拉曼显示该催化剂在0.4 V（vs. RHE）即出现*OH特征峰，较纯Pd降低100 mV。有限元模拟表明尖刺状Pd尖端电场强度达常规颗粒的8.7倍，使局部OH^?浓度提升3倍。

电化学性能
在1 M KOH+0.1 M EG电解液中，Pd@Ni(OH)₂-NiO/NF达到300 mA cm^?2仅需0.60 V过电位，比商业Pd/C低280 mV。计时电位测试中，GA选择性保持91.68%且持续稳定运行250小时。实际PET水解液测试显示GA产率达85.2%，验证了工业化应用潜力。

理论计算
DFT揭示Pd^δ+位点使OH吸附能从?1.02 eV增强至?1.87 eV，EG脱氢能垒从0.82 eV降至0.51 eV。关键中间体OC-CH₂OH在Pd^δ+位点的C-C键断裂能垒（1.24 eV）显著高于C-OH断裂（0.68 eV），从动力学上保障了C₂产物路径。

该研究通过精准调控"电子结构-微环境-反应路径"三重协同效应，实现了PET废弃物到高值化学品的高效转化。所提出的MSI与尖端电场协同策略，为设计高性能醇类电氧化催化剂提供了普适性方法，对发展"碳中和"导向的塑料循环经济具有重要意义。