ポリエチレンテレフタレート（PET）は、重要な熱可塑性ポリエステルとして、年間世界生産量が7,000万トンを超え、食品包装、繊維製品など幅広い分野で利用されています。しかし、この膨大な生産量の裏で、PET廃棄物の約80%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。PET廃棄物のリサイクルを実現することは、地球規模の持続可能な開発に向けた画期的な解決策を必要とす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穏やかな特性から大きな注目を集めている。この技術は、クリーンで無公害な太陽エネルギーを動力源として利用し、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の向上を促進する。しかしながら、現在の光改質プロセスで得られる生成物は、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るのが現状である。
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カップリング反応を介してホルムアミドを生成することを提案した。この目的のために、研究者らはPt1Au/TiO2光触媒を設計した。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ナノ粒子が光生成正孔を捕捉することで、光生成電子-正孔対の分離と移動効率が大幅に向上し、光触媒活性が上昇する。ホルムアミド生成速度は約7.1 mmol gcat⁻¹ h⁻¹に達した。その場赤外分光法や電子常磁性共鳴などの実験により、ラジカルを介した反応経路が明らかになった。光生成正孔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カップリングを起こして最終的にホルムアミドを生成する。この研究は、廃プラスチックの高付加価値化に向けた新たな道筋を切り開き、PETアップグレード製品の種類を拡充するだけでなく、医薬品や農薬などの重要な窒素含有化合物の製造において、より環境に優しく、経済的で、有望な合成戦略を提供するものである。
関連する研究成果は、「穏やかな条件下でのCN結合構築を介したプラスチック廃棄物とアンモニアからの光触媒によるホルムアミド合成」というタイトルでAngewandte Chemie International Editionに掲載されました。この研究は、中国国家自然科学基金、中国科学院と香港大学による新素材共同研究基金など、複数の機関から資金提供を受けています。
投稿日時：2025年9月26日