當今社會，塑料極大豐富了我們的生活。我國是塑料生產(chǎn)和消費的第一大國，2021年塑料產(chǎn)量高達8004萬噸。聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）是第四大塑料，具有無毒、無味、透明度高、力學性能好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于纖維、薄膜等領(lǐng)域。然而大多數(shù)塑料使用后變成廢棄塑料，但是塑料的化學結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在自然環(huán)境中可能數(shù)百年不會被分解，因此造成了嚴重的環(huán)境污染和資源浪費。近年來將廢舊塑料轉(zhuǎn)化為高附加值的碳材料（比如石墨烯和碳納米管）受到廣泛關(guān)注（Nat. Catal. 2020, 3, 902; Prog. Polym. Sci. 2019, 94, 1; Chem 2021, 7, 1487; Nature 2020, 577, 647; Adv. Mater. 2022, 34, 2100843; J. Energy Chem. 2022, 69, 369; Adv. Mater. 2021, 33, 200519）。這不僅為廢舊塑料的升級化學回收提供新策略，還為新型碳材料的制備提供新方法。目前，常見的塑料碳化方法可以歸納為以下兩種策略。
第一種策略是裂解-催化碳化，也即是在熱或者催化劑等作用下塑料降解為小分子產(chǎn)物，之后在鐵、鈷、鎳等金屬催化劑作用下小分子產(chǎn)物發(fā)生脫氫等反應(yīng)變成碳材料（Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 1517; Appl. Catal. B: Environ 2014, 147, 592; Appl. Catal. B: Environ 2014, 152-153, 289; Nat. Catal. 2020, 3, 902; ACS Nano 2021, 15, 15461）。然而，該策略無法精確控制碳材料的微觀結(jié)構(gòu)。第二種策略是通過使用無機模板（例如SiO2、蒙脫土等）將廢舊塑料轉(zhuǎn)化為多孔碳（J. Mater. Chem. A 2015, 3, 341; ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 3801；Waste Manage. 2019, 87, 691; Sci. Total Environ. 2022, 815, 152900）。這需要使用腐蝕性化學試劑將模板去除，過程繁瑣。
在過去幾十年中，金屬-有機框架（MOF）作為一種由金屬節(jié)點和有機連接體構(gòu)成的高度結(jié)晶材料，已經(jīng)成為研究熱點。MOF衍生的碳材料因其高比表面積、可控的形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)而備受關(guān)注。在這種背景下，利用廢舊塑料作為前軀體來制備具有結(jié)構(gòu)可控和成分可設(shè)計的多功能MOF引起了越來越多的興趣。這不僅為MOF的低成本大規(guī)模生產(chǎn)提供了新的平臺，還有助于實現(xiàn)碳中和。更吸引人的是，廢舊塑料基MOF衍生的碳材料則為生產(chǎn)結(jié)構(gòu)可控的碳材料提供了新的綠色方法。
另一方面，為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，迫切需要解決能源危機和淡水短缺的難題。太陽能界面水蒸發(fā)是利用太陽能和光熱材料從廢水和海水中生產(chǎn)清潔水的一種新興技術(shù)。理想的光熱材料具有寬帶光吸收，低導熱率和高效水傳輸。在界面蒸發(fā)中，光熱材料與環(huán)境或者水體的不可避免產(chǎn)生溫度差，造成能量損失。而利用熱電模塊 (Nano Energy 2021, 86, 106138)，壓電裝置 (Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2010422)等，將這些低品質(zhì)熱利用起來轉(zhuǎn)換成電能，實現(xiàn)太陽能的高效利用。
圖1 廢舊PET溶劑熱法制備Mn-MOF及其可控碳化制備形貌各異的MnO/C納米粒子并應(yīng)用于太陽能界面光熱轉(zhuǎn)化和熱電集成示意圖
圖2 (a和b) Mn-MOF及其不同碳化溫度下MnO/C納米粒子的形貌圖：(c) MnO/C-400, (d) MnO/C-500, (e) MnO/C-600和(f) MnO/C-700；(g和h) MnO/C-600的高分辨透射電鏡圖
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722040153?via=ihub
通訊作者簡介：龔江 博士，華中科技大學化學與化工學院研究員、博士生導師。2010年本科畢業(yè)于四川大學高分子科學與工程學院，2015年博士畢業(yè)于中國科學院長春應(yīng)用化學研究所，2015~2018年先后在德國馬克斯-普朗克膠體界面研究所和美國得克薩斯州大學圣安東尼奧分校做博士后研究，2018年10月加入華中科技大學。研究方向為（1）廢舊塑料可控降解-碳化制備單體、碳材料、氮化碳或者MOF材料；（2）太陽能界面光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)及其與熱電轉(zhuǎn)換、光催化降解、水伏發(fā)電和海水提鈾等技術(shù)的集成應(yīng)用。迄今為止在Prog. Polym. Sci.、Adv. Mater.和Angew. Chem. Int. Ed., Appl. Catal. B和Chem. Eng. J.等期刊發(fā)表SCI論文121篇，其中第一作者/通訊作者61篇，被引用超過3900次，4篇論文被選為“HOT Paper”，3篇論文被選為“ESI高被引論文”，獲得7項授權(quán)的中國發(fā)明專利，擔任Rare Metal（影響因子為6.3）的青年編委。此外，獲得湖北省海外高層次人才計劃、國際純粹和應(yīng)用化學聯(lián)合協(xié)會（IUPAC）頒發(fā)的江教授新材料青年獎、華中學者、重慶墊江青年五四獎?wù)碌葮s譽獎勵。主持國家自然科學基金和企業(yè)合作項目等6項。指導學生獲得湖北省大學生化學化工學術(shù)創(chuàng)新成果報告一等獎3項。
課題組鏈接：http://m.714744.com/ss/gongjiang_hust/index.html
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