Polyeteenitereftalaatti (PET) on tärkeä termoplastinen polyesteri, jonka vuosittainen maailmanlaajuinen tuotanto ylittää 70 miljoonaa tonnia. Sitä käytetään laajalti jokapäiväisissä elintarvikepakkauksissa, tekstiileissä ja muilla aloilla. Tämän valtavan tuotantomäärän takana on kuitenkin se, että noin 80 % PET-jätteestä heitetään pois tai sijoitetaan kaatopaikoille, mikä aiheuttaa vakavaa ympäristön saastumista ja johtaa merkittävien hiilivarojen tuhlaamiseen. PET-jätteen kierrätyksestä on tullut kriittinen haaste, joka vaatii läpimurtoja globaalin kestävän kehityksen saavuttamiseksi.
Olemassa olevista kierrätysteknologioista fotoreformointiteknologia on herättänyt merkittävää huomiota vihreiden ja mietojen ominaisuuksiensa ansiosta. Tämä tekniikka hyödyntää puhdasta, saastuttamatonta aurinkoenergiaa liikkeellepanevana voimana, joka tuottaa aktiivisia redox-lajeja in situ huoneenlämmössä ja paineessa, mikä helpottaa muovijätteen muuntamista ja lisäarvoa tuottavaa jalostusta. Nykyisten fotoreformointiprosessien tuotteet rajoittuvat kuitenkin enimmäkseen yksinkertaisiin happea sisältäviin yhdisteisiin, kuten muurahaishappoon ja glykolihappoon.
Äskettäin kiinalaisen instituutin fotokemiallisen muuntamisen ja synteesin keskuksen tutkimusryhmä ehdotti PET-jätteen ja ammoniakin käyttöä hiili- ja typpilähteinä formamidin tuottamiseksi fotokatalyyttisen CN-kytkentäreaktion kautta. Tätä varten tutkijat suunnittelivat Pt1Au/TiO2-fotokatalyytin. Tässä katalyytissä yksittäisten atomien Pt-kohdat sieppaavat selektiivisesti fotogeneroituneita elektroneja, kun taas Au-nanopartikkelit sieppaavat fotogeneroituneita aukkoja, mikä parantaa merkittävästi fotogeneroitujen elektroni-aukko-parien erotus- ja siirtotehokkuutta ja siten tehostaa fotokatalyyttistä aktiivisuutta. Formamidin tuotantonopeus oli noin 7,1 mmol gcat⁻¹ h⁻¹. Kokeet, kuten in situ -infrapunaspektroskopia ja elektroniparamagneettinen resonanssi, paljastivat radikaalivälitteisen reaktioreitin: fotogeneroituneet aukot hapettavat samanaikaisesti etyleeniglykolia ja ammoniakkia, jolloin syntyy aldehydivälituotteita ja aminoradikaaleja (·NH₂), jotka läpikäyvät CN-kytkentäreaktion lopulta muodostaen formamidia. Tämä työ ei ainoastaan ole edelläkävijä uudelle polulle muovijätteiden korkean arvon muuntamiseksi ja PET-muovien päivitystuotteiden kirjon rikastuttamiseksi, vaan tarjoaa myös vihreämmän, taloudellisemman ja lupaavamman synteettisen strategian tärkeiden typpipitoisten yhdisteiden, kuten lääkkeiden ja torjunta-aineiden, tuotantoon.
Tutkimustulokset julkaistiin Angewandte Chemie International Edition -lehdessä otsikolla ”Photokatalytic Formamide Synthesis from Plastic Waste and Ammonia via CN Bond Construction Under Mild Conditions”. Tutkimus sai rahoitusta muun muassa Kiinan kansallisen luonnontieteiden säätiön, Kiinan tiedeakatemian ja Hongkongin yliopiston yhteisen uusien materiaalien laboratoriorahaston tukemista hankkeista.
Julkaisun aika: 26.9.2025