폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 중요한 열가소성 폴리에스터로서 전 세계적으로 연간 7천만 톤 이상 생산되며, 일상 식품 포장, 섬유 등 다양한 분야에 널리 사용됩니다. 그러나 이러한 막대한 생산량 이면에는 약 80%의 폐 PET가 무분별하게 버려지거나 매립되어 심각한 환경 오염을 유발하고 상당한 양의 탄소 자원 낭비로 이어지고 있습니다. 폐 PET의 재활용은 전 세계적인 지속 가능한 발전을 위한 획기적인 발전을 요구하는 중요한 과제로 대두되고 있습니다.
기존 재활용 기술 중 광개질 기술은 친환경적이고 온화한 특성으로 인해 큰 주목을 받고 있습니다. 이 기술은 깨끗하고 무공해인 태양에너지를 구동력으로 활용하여 주변 온도와 압력 하에서 활성 산화환원반응을 현장에서 생성하여 폐플라스틱의 전환 및 부가가치 향상을 촉진합니다. 그러나 현재 광개질 공정의 결과물은 대부분 포름산이나 글리콜산과 같은 단순한 산소 함유 화합물로 제한됩니다.
최근 중국 한 연구소 광화학 변환 및 합성 센터 연구팀은 폐 PET와 암모니아를 각각 탄소와 질소원으로 사용하여 광촉매 CN 커플링 반응을 통해 포름아미드를 생산하는 방안을 제안했습니다. 이를 위해 연구진은 Pt1Au/TiO2 광촉매를 설계했습니다. 이 촉매에서 단일 원자 Pt 사이트는 광생성 전자를 선택적으로 포획하고, Au 나노입자는 광생성 정공을 포획하여 광생성 전자-정공 쌍의 분리 및 전달 효율을 크게 향상시켜 광촉매 활성을 높였습니다. 포름아미드 생성 속도는 약 7.1 mmol gcat⁻¹ h⁻¹에 도달했습니다. 현장 적외선 분광법 및 전자 상자성 공명과 같은 실험을 통해 라디칼 매개 반응 경로가 밝혀졌습니다. 광생성 정공은 에틸렌 글리콜과 암모니아를 동시에 산화시켜 알데히드 중간체와 아미노 라디칼(·NH₂)을 생성하고, 이들은 CN 커플링을 통해 최종적으로 포름아미드를 형성합니다. 이 연구는 폐플라스틱의 고부가가치 전환을 위한 새로운 길을 개척하고 PET 업그레이드 제품의 스펙트럼을 풍부하게 할 뿐만 아니라, 의약품 및 살충제와 같은 중요한 질소 함유 화합물을 생산하기 위한 보다 녹색하고 경제적이며 유망한 합성 전략을 제공합니다.
관련 연구 결과는 "온화한 조건에서 CN 결합 형성을 통한 플라스틱 폐기물과 암모니아로부터 광촉매 포름아미드 합성"이라는 제목으로 Angewandte Chemie International Edition에 게재되었습니다. 이 연구는 중국 국가자연과학기금위원회, 중국과학원과 홍콩대학교의 신소재 공동실험실 기금 등의 지원을 받았습니다.
게시 시간: 2025년 9월 26일