重要な熱可塑性ポリエステルであるポリエチレンテレフタレート（PET）は、年間世界生産量が7,000万トンを超え、日常の食品包装、繊維など幅広い分野で使用されています。しかし、この膨大な生産量の裏側では、約80%の廃PETが無差別に廃棄または埋め立て処分されており、深刻な環境汚染を引き起こし、膨大な炭素資源の浪費につながっています。廃PETのリサイクルは、地球規模の持続可能な発展にとって、突破口を開く必要のある重要な課題となっています。
既存のリサイクル技術の中でも、光改質技術は、その環境に優しく、かつ温和な特性から大きな注目を集めています。この技術は、クリーンで汚染のない太陽エネルギーを駆動力として利用し、常温・常圧下で活性な酸化還元種をその場で生成することで、廃プラスチックの変換と付加価値向上を促進します。しかしながら、現在の光改質プロセスで生成される生成物は、ギ酸やグリコール酸といった単純な酸素含有化合物に限られています。
最近、中国のある研究所の光化学変換合成センターの研究チームは、廃棄PETとアンモニアをそれぞれ炭素源と窒素源として使用し、光触媒CNカップリング反応によりホルムアミドを生成することを提案しました。 この目的のために、研究者らはPt1Au/TiO2光触媒を設計しました。 この触媒では、単原子Ptサイトが光生成電子を選択的に捕捉し、Auナノ粒子が光生成ホールを捕捉することで、光生成電子-ホール対の分離・移動効率が大幅に向上し、光触媒活性が向上しました。 ホルムアミドの生成速度は約7.1 mmol gcat⁻¹ h⁻¹に達しました。 その場赤外分光法や電子常磁性共鳴法などの実験により、ラジカル媒介反応経路が明らかになりました。光生成ホールがエチレングリコールとアンモニアを同時に酸化し、アルデヒド中間体とアミノラジカル（·NH₂）を生成し、これらがCNカップリング反応を経て最終的にホルムアミドを形成します。この研究は、廃プラスチックの高価値変換の新しい道を切り開き、PET アップグレード製品の範囲を豊かにするだけでなく、医薬品や農薬などの重要な窒素含有化合物の製造のための、より環境に優しく、経済的で、将来性のある合成戦略を提供します。
関連研究成果は、「温和な条件下でのCN結合構築によるプラスチック廃棄物とアンモニアからの光触媒ホルムアミド合成」というタイトルで、Angewandte Chemie International Editionに掲載されました。本研究は、中国国家自然科学基金、中国科学院と香港大学の新材料共同実験基金などからの資金提供を受けています。
投稿日時: 2025年9月26日