聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）是最常用的聚酯塑料（約占塑料總產量的12%），每年有95%的PET被轉化為廢物，并在空氣、水中甚至南極冰層中被檢測到。因此，PET的回收利用具有重要意義。在各種回收方案中，PET甲醇解因其能耗低、轉化率高、產品易于純化等優點而受到廣泛關注。 由于甲醇可以通過CO2加氫合成，將CO2引入PET甲醇解體系中，不僅有助于廢塑料的回收利于，還有利于CO2的有效再利用。因此，探索一種高效的催化系統用于串聯回收CO2和PET對于實現廢棄物的有效資源利用是非常可取的。然而，C=O鍵（在PET和CO2中）的高活化能和難以調節的反應途徑限制了PET回收效率。 鑒于此，華南理工大學李映偉教授和房瑞琪副教授報道了單原子Cu催化劑的合理設計，用于精確催化CO2加氫制甲醇和串聯PET升級回收制乙二醇（EG）和對二甲苯（PX）。在Cu/UiO-66-NH2-A催化劑中，Cu原子被選擇性地錨定在UiO-66-NH2的Zr氧節點上形成Cu-O-Zr位點。Cu-O-Zr位點可以通過降低活化能有效活化CO2和H2，加速PET轉化為對苯二甲酸二甲酯（DMT），DMT進一步加氫脫氧生成PX。結果表明，在36 h內CO2轉化率為20.4%，PX和EG的產率分別為89.5%和92.1%。從Cu原子到Cu-O-Zr位點吸附的反應物/中間體的快速和精確的氫溢流也推動了反應過程。 該催化劑是由UiO-66-NH2中橋接羥基（u3-OH）與Cu(OH)+之間的簡單離子交換而精確制備得到的。Cu/UiO-66-NH2-A的表征結果表明產生了大量的Cu-O-Zr原子位點，其中Cu單原子被錨定在UiO-66-NH2的橋接氧原子上。在H2存在下，PET與CO2的串聯升級回收過程中，CO2被加氫轉化為甲醇，隨后PET被甲醇分解DMT，DMT再被加氫脫氧成PX。正如預期的那樣，在無溶劑條件下，在250°C和3 MPa氣體混合物（CO2:H2 = 1:3）下，獲得了前所未有的PX產率（89.5%）。此外，該催化劑還能以克級規模有效回收日常生活中的廢PET，PX產率可達63.8%。
對照和原位DRIFT實驗清楚地證明了Cu-O-Zr位點的結構-性能關系，它實現了CO2的活化，并通過氫溢流促進了甲醇生產的加氫過程。隨后，PET甲醇分解產生的DMT高效轉化為PX，Cu-O-Zr位點的氫溢流也促進了PX的生成。精確構建的Cu-O-Zr位點有效促進了CO2和H2吸附和活化，從而提高了PX生產性能。該工作為通過CO2加氫偶聯反應對廢PET進行升級回收提供了新見解，可能為合理設計高效催化劑以實現廢塑料和CO2的資源化利用鋪平了道路。 論文信息 Atomic Cu–O–Zr Sites for Highly Selective Production of p-xylene from Tandem Upcycling of PET and CO2 Qizhuang Zou, Tairen Long, Ruiqi Fang, Xin Zhao Fengliang Wang, Yingwei Li Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202507309
