大连理工大学能源与动力学院科研团队在塑料回收和太阳能重整制氢领域取得重要进展

近日，我校能源与动力学院极端条件热物理及能源系统团队唐大伟教授、蒋博副教授等在聚烯烃废塑料解聚和太阳能驱动甲烷干重整制氢领域取得重要进展，相关成果发表于《先进材料》（Advanced Materials）和《自然·通讯》（Nature Communications），我校均为唯一通讯单位。

太阳能驱动的甲烷干重整为合成气生产提供了一条节能且环保的途径。然而，该技术目前仍面临产率不足，稳定性差的问题。对此，本团队设计了一种具有不对称光响应结构的电子泵催化剂，该催化剂由钌纳米簇和镍单原子组成，在光照条件下可调控光生电子并克服不利的还原性环境，从而维持电子分布的不对称性。在光照下，电子泵催化剂在500°C和288,000 h⁻¹的空速条件下实现了4.70 mol gcat⁻¹h⁻¹的合成气生成速率，较现有技术提升了约5倍，并在1500分钟内保持了优异的稳定性。实验与计算研究表明，这种不对称结构作为电子泵，能够实现定向电子转移并抑制电子-空穴复合，从而形成富电子的钌位点和缺电子的镍位点。这种界面电子配置为反应物的活化及关键中间体*CH3O的形成提供了有利的位点，从而改善了反应动力学。该工作为太阳能驱动反应的催化剂设计开辟了一条新路径，并为提高电子转移效率和促进反应物活化提供了机理依据。相关成果以“利用非对称光响应催化剂构筑电子泵以实现太阳能驱动合成气生产”（Engineering an Electron Pump by Asymmetric Light-responsive Catalyst for Solar-driven Syngas Production）为题发表于《先进材料》（Advanced Materials），我校能源与动力学院博士生司马旺为第一作者，蒋博副教授为唯一通讯作者，本研究得到国家自然科学基金[52106078, 525B2089]的资助。<

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.72821

塑料制品的广泛应用为现代社会带来了巨大便利，但其难以自然降解的特性也造成了日益严峻的全球性环境危机。目前全球废弃塑料回收率不足10%，尤其是占全球塑料产量77%以上的聚烯烃类塑料，因其化学惰性导致传统回收方法面临产物收率低、稳定性差等瓶颈。为此，研究团队提出了一种创新的熵调控策略，通过诱导活性位点的界面富集并优化电子结构，成功开发出一种中熵GaInNiSn液态合金催化剂。该催化剂利用动态Ga界面上构建的Niδ⁻–Snδ⁺活性位点，激活聚烯烃惰性主链上的C–H键并促进β位断裂，进而在常压、不消耗共反应物的条件下将聚烯烃塑料解聚为轻烯烃，实现了79.7%的轻烯烃选择性和181.5 mmol gcat⁻1h⁻1的轻烯烃时空收率，较现有技术提升一个数量级。研究团队进一步构建了光伏驱动的户外解聚系统，在超过120小时的连续运行中保持了52.8 L h⁻1的轻烯烃产率，为废弃塑料资源化利用提供了高效、可持续的解决方案。相关成果以“基于液态合金的熵调控策略实现聚烯烃废弃物的高效解聚”（Interfacial configurational entropy tuning strategy enabling liquid alloys for efficient depolymerization of polyolefin waste）为题发表于《自然·通讯》（Nature Communications），我校能源与动力学院博士生徐超平为第一作者，蒋博副教授、张晓教授、唐大伟教授为通讯作者，本研究得到国家重点研发计划[2024YFB4006702]的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-70325-2

来源：能源与动力学院
编辑：常思萌