粒径调控钌纳米团簇催化废PET高选择性转化对二甲苯二胺

《Nature Communications》：Size-dependent catalysis of Ru nanoparticles for selective reductive amination of PET plastic

　　

摘要

将废聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料转化为高附加值的对二甲苯二胺（PXDA），是缓解能源短缺和塑料污染的革命性方案。然而，现有的催化方法往往因还原胺化和加氢脱氧能力的不可控而受到较差化学选择性的限制。在此，我们报告了一种精确调控氮掺杂碳上钌（Ru）聚集状态的策略，实现了对PET还原胺化反应路径的粒径依赖性控制。超小钌纳米团簇（约1.3 nm）倾向于过度加氢生成1,4-环己烷二甲胺，而较大的钌纳米颗粒（约4.6 nm）则促进过度加氢脱氧生成对二甲苯。值得注意的是，Ru/NC-SNPs（约2.4 nm）在温和条件下以30.8 kJ/mol的较低表观活化能实现了95.5%的高PXDA产率。机理研究表明，Ru/NC-SNPs在氢活化和酰胺化活性之间达到了最佳平衡，从而通过酰胺中间体的可控脱氢实现了选择性酰胺化。该催化剂还显示出对消费后PET及含有PET和其他聚酯类塑料的混合塑料的广泛适用性。技术经济分析和生命周期评估进一步证实了该工艺的经济可行性和环境效益。本工作建立了钌基催化剂的粒径调控选择性范式，为异相还原胺化中竞争路径的定向调控提供了通用策略，助力PET的可持续高值化利用。