Die mit sauberer Solarenergie betriebene photothermische Katalyse bietet eine effiziente Lösung zur Umwandlung von Kunststoffabfällen in wertvolle Chemikalien. Dieser katalytische Prozess nutzt die Kraft der Sonnenenergie und wandelt sie in chemische Energie um. Die Entwicklung photothermischer Katalysatoren, die eine hohe Umwandlungseffizienz und katalytische Aktivität aufweisen, stellt jedoch erhebliche Herausforderungen dar.
Ein neuer Durchbruch gelang einem Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Jinxing Chen von der Universität Soochow, China. Sie haben erfolgreich einen integrierten photothermischen Katalysator entwickelt, der aus c-ZIF-8 besteht und mit einer SiO2-Schicht beschichtet ist. Dieser innovative Ansatz konzentriert sich auf die Verbesserung der katalytischen Aktivität durch Minimierung des Wärmestrahlungsverlusts und Maximierung der lokalen Heizwirkung des Katalysators.
Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in Chinesisches Journal für Katalyse.
Diese Studie stellt einen neuartigen Ansatz für das Katalysatordesign vor, der die Synthese von ZIF-8-Nanopartikeln mithilfe einer Template-Methode beinhaltet. Um einen integrierten photothermischen Katalysator (c-ZIF-8@SiO2) zu erzeugen, wird eine Schicht SiO2 auf die Oberfläche von ZIF-8 aufgetragen, gefolgt von einer Hochtemperatur-Karbonisierungsbehandlung. Das innere Kohlenstoffmaterial im Katalysator absorbiert Sonnenenergie und erzeugt Wärme, während die äußere SiO2-Schicht selektiv das Eindringen von Sonnenlicht ermöglicht, das dann vom Kohlenstoffkern absorbiert wird.
Dieses Design reduziert effektiv den Wärmestrahlungsverlust des inneren Kohlenstoffkerns und verstärkt den lokalen thermischen Effekt während des photothermischen Katalyseprozesses. Darüber hinaus sorgt die SiO2-Hülle für eine schützende Wirkung, was zu einer hohen Stabilität des Katalysators führt. Insgesamt bietet diese Katalysatordesignstrategie eine universelle Methode zur Verbesserung des lokalen thermischen Effekts in der photothermischen Katalyse und birgt potenzielle Anwendungen bei der Entwicklung effizienter photothermischer Katalysesysteme.
Durch Bestrahlung mit Sonnenlicht kann der c-ZIF-8@25SiO2-Katalysator PET effizient in wertvolle Monomere umwandeln. Das PET-Glykolyse-Experiment unter Sonnenlicht im Freien und die selektive Rückgewinnung von PET aus gemischten Kunststoffen verdeutlichen zusätzlich die vielversprechenden Anwendungen der photothermischen katalytischen PET-Glykolyse. Die photothermische Katalyse trägt nicht nur zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung bei und fördert eine grüne und nachhaltige Entwicklung, sondern liefert auch neue Ideen und Methoden für ein effizientes chemisches Recycling von Kunststoffen.
Mehr Informationen:
Xiangxi Lou et al., Hocheffizientes photothermisches katalytisches Upcycling von Polyethylenterephthalat durch verstärkte lokale Erwärmung, Chinesisches Journal für Katalyse (2023). DOI: 10.1016/S1872-2067(23)64435-3