日本高知工科大學理工學群的伊藤亮孝教授、藤田武志教授、Sikat Bolar助教，東京科學大學理工學系物質理工學院的宮內雅浩教授、山口晃副教授、Wang Meiyi（研究生）等人組成的研究團隊，通過向高熵氧化物（HEO）中引入硫元素開發出了新型觸媒，成功從塑膠（PET）來源的物質中生成「甲酸」，並進一步在甲酸生成過程中實現了低能耗製氫。該成果可同時實現循環型化學品製造與低能耗製氫，有望應用於下一代電解工藝，相關研究成果已發表在《ChemSusChem》的3月3日刊上。
圖1 可實現廢塑膠向高附加值化學材料轉化的新型觸媒（HEOS）（供圖：高知工科大學）
研究團隊以錳、鐵、鈷、鎳、銅為基礎元素的HEO為原料，採用室溫一步法引入硫，合成了高熵氧硫化物。
通過掃描電子顯微鏡圖像及元素分佈分析確認合成的HEOS中各元素呈均勻混合狀。硫通過共價金屬-硫相互作用穩定了氧空艙，維持了過渡金屬的高價態，從而形成了有利於促進乙二醇（EG）碳-碳鍵斷裂的電子狀態。
在EG的電化學氧化反應中，法拉第效率最高可達84.6%，實現了高選擇性甲酸製備。甲酸（甲酸鹽）是PET水解所得EG氧化反應的主產物，是一種單碳氧化物，在有機合成等領域應用價值極高。
圖2 HEOS作為水電解中析氧反應替代材料的示意圖（供圖：高知工科大學）
此外，在使用廢PET經鹼水解得到的PET衍生EG為原料的雙電極體系實驗中，HEOS同樣可選擇性地生成甲酸。研究證實，將其作為水電解中析氧反應的替代材料，能夠有效降低槽電壓，實現低能耗製氫。
在耐久性的實際運行測試中，H型電化電池在1.5V電壓下持續運行20小時後，仍保持初始活性的約92%。
藤田教授表示：「本成果將有助於同時實現廢塑膠高附加值化與能源問題的解決。今後將進一步提升耐久性並開展規模放大試驗，力爭實現實用化。多元素觸媒蘊藏著多種可能性，我們將繼續探索更多未知的新材料。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：ChemSusChem
論文：Sulfur-Stabilized High Entropy Oxysulfides Enable Efficient C–C Bond Cleavage in Ethylene Glycol Electrooxidation for Sustainable Plastic Upcycling to Formate
DOI：doi.org/10.1002/cssc.202502529
